高性能纤维预成形体的研究进展

高性能纤维预成形体是先进复合材料的增强结构相。各种方式获得的纤维预成形体在复合材料成形工艺过程中起着十分重要的作用,影响着复合材料的成形和基体材料的浸渗,同时决定了复合材料制品的最终性能。从纤维预成形体的制备技术角度出发,介绍了机织、编织、针织、非织造等纤维预成形体的成形方法、结构特性,分析总结了各种纤维预成形体的研究现状和进展,提出高性能纤维预成型体需要进一步研究解决的关键问题。

预成形体渗透率预测及剪切变形的影响

准确预测预成型体渗透率对复合材料液态成型工艺过程仿真有重要意义,铺覆过程中织物发生的剪切变形对局部渗透率有很大影响。本工作考虑纱线的可渗透性,对织物单胞内的树脂流动建立了统一的流动控制方程,同时建立了逼真的正交单胞几何模型,基于Adams-Bashforth差分格式和Chorin投影法构造了数值求解树脂流动控制方程的高分辨率TVD格式,利用达西定律预测了单胞的渗透率,算例表明该算法预测值与实验值有较好的吻合,验证了算法的准确性。在正交单胞渗透率求解的基础上,采用贴体坐标法完成了单胞剪切变形后流动控制方程从物理域到计算域的转换,进而实现了剪切单胞渗透率的数值预测,考察了单胞主渗透率比与剪切角的关系,通过与文献中数据对比证明了该剪切单胞渗透率预测算法的合理性。

C_f/Mg复合材料异形纤维预成形体制备方法

针对Cf/Mg复合材料异形纤维预成形体制备成本高、难度大等问题,提出了纤维0°/90°等比例铺放、0°/90°不等比例铺放、纤维缠绕定型、纤维编织加固等4种不同的预成形体制备方法。结果表明:内层采用碳纤维束环向缠绕可对预成形体进行有效增强,保证织物排列紧密,避免剪切造成的织物蓬松等问题,体积分数可提高至40%左右;表层采用编织工艺整体加固可以有效抵抗液态金属冲刷,尺寸稳定性良好,较未使用编织加固前提高了65%。

三维编织复合材料制造技术及力学性能研究进展

三维编织复合材料是利用纺织技术,通过编织形成干态预成形件,将干态预成形件作为增强体,采用树脂传递模塑工艺(RTM)或树脂膜渗透工艺(RFI),进行浸胶固化,直接形成复合材料结构。作为一种先进的复合材料,已成为航空、航天领域的重要结构材料,并在汽车、船舶、建筑领域及体育用品和医疗器械等方面得到了广泛应用。传统复合材料经典层合板理论已无法满足其力学性能分析,国内外学者建立了新的理论和分析方法。

Prediction of stiffener buckling in press bend forming of integral panels

In order to predict the buckling of stiffeners in the press bend forming of the integral panel,a method for solving the critical buckling load of the stiffeners in press bend forming process was proposed based on energy method,elastic-plastic mechanics and numerical analysis.Bend to buckle experiments were carried out on the designed press bend dies.It is found that the predicted results based on the proposed method agree well with the experimental results.With the proposed method,the buckling of the stiffeners in press bend forming of the aluminum alloy integral panels with high-stiffener can be predicted reasonably.

基于曲面信息的平面织物铺覆改进渔网算法

通过分析复合材料平面织物预成形体在铺覆过程中的变形模式,提出铺覆仿真计算的织物变形基本假设。分析已存在的几种渔网铺覆算法,提出一种基于曲面信息的改进渔网算法(SIB渔网法),该算法利用相邻节点处的曲面切向量及曲率信息来确定当前节点位置,避免了高强度的迭代计算,提高了仿真精度。研究采用非均匀有理B样条(NURBS)技术表达的复杂曲面求交算法。通过不同算法对球面、马鞍面仿真的结果对比,验证了SIB渔网法对复杂曲面铺覆计算的精确性及稳定性。