基于形态学的自动铺丝纤维铺放准确性检测

自动铺丝质量检查既耗时又不充分,缺陷对比度低。对此,根据铺丝过程中的热特性,搭建丝束铺放准确性检测平台,结合形态学算法对缺陷红外图像特征进行纤维铺放准确性检测。首先进行形状相同尺度不同的结构元素的顶帽变换,然后提取每一组尺度下多尺度亮暗区域和相邻组尺度间的多尺度亮暗细节来增强图像;其次使用了多方向多尺度的结构元素和系数自调节的形态学边缘检测算法来获得丝束边缘位置。实验结果表明,该方法在减少图像噪声和增强图像的对比度之上平衡了边缘检测精度与抗噪性能之间的协调问题,有效检测了纤维铺放准确性,最大铺放误差不超过4.53%。

变厚度帽型长桁加筋壁板自动铺丝工艺成形技术研究

针对帽型长桁加筋壁板的自动铺丝工艺成形技术进行了研究,并提出了帽型长桁加筋壁板各工序的关键工艺参数,通过研究自动铺丝设备的结构设计和控制系统设计,探究了帽型长桁加筋壁板的自动铺丝成形工艺,明确了自动铺丝间隙控制和工艺参数设计的基础,为帽型长桁加筋壁板的自动铺丝工艺成形技术的研究形成了一定的技术积累,具有较好的应用前景和经济效益。

自动铺丝技术在大尺寸复合材料壁板上的应用研究

为实现大尺寸壁板铺丝技术的工程化应用,首先对国产高强中模热固性T800级单向带预浸料进行自动铺丝工艺参数及转弯半径获取实验,基于响应曲面法、最大黏接力原则确定该材料自动铺丝工艺参数窗口,以工艺规范作为评价标准,进行转弯半径铺丝实验,获取该材料最小转弯半径。其次,使用TORFIBER轨迹规划与仿真软件对大尺寸壁板零件进行铺丝轨迹规划,结合零件结构特征和材料特点,筛选最佳铺丝轨迹生成算法,对生成的铺丝路径进行局部优化调整以提高铺丝质量;最后,基于材料铺丝工艺参数窗口,使用M. TORRES龙门式铺丝机完成了零件的铺丝制造,零件铺丝后表面质量、固化后内部无损质量满足设计指标要求。

民机复合材料自动铺丝液体成型工艺过程若干数字孪生关键技术探讨

基于数字孪生的概念和原理,针对当前具有广阔发展前景的民机复合材料构件制造技术——复合材料自动铺丝液体成型工艺(Automatic fiber placement based liquid composite molding,AFP–LCM)进行了研究。通过对复合材料自动铺丝液体成型工艺关键环节的梳理分析,阐述了建立面向民机复合材料构件制造数字孪生体亟待解决的若干关键技术与思路,提出了一种基于数字孪生的民机复合材料结构制造技术体系架构,并从技术层面和政策层面探讨了该技术落地所面临的关键问题,为数字孪生技术在民机复合材料制造领域深入实践提供策略。

热塑性复合材料纤维铺放工艺的研究进展

热塑性复合材料由于其良好的可焊接性、可循环利用性、抗化学腐蚀性,特别是短时间内就可加工成型等特点,在未来航空航天构件制造领域有着广阔的应用前景。纤维铺放过程中涉及一系列的物理现象,涵盖传热学、热力学、结晶动力学,牛顿流体力学等学科及这些学科的交叉领域。本文以上述学科的相关知识为理论依据,对纤维铺放工艺中的加热工艺,冷却工艺,铺层间强度,纤维铺放压力和残余热应力五方面内容,通过分析其理论模型的建立和求解方法,介绍和讨论了纤维铺放过程中与最终产品质量相关的基体材料结晶度、铺层间紧密接触程度、铺层间熔合度等关键问题及其中涉及的铺放温度、铺放速率、铺放压力等主要工艺参数。同时,本文还总结了国外的研究成果和研究进展,指出其中存在的一些问题,并对今后纤维铺放工艺的研究方向进行了展望。

T800/607低温复合材料应用评价研究

在阐述国内外低温复合材料贮箱技术研究现状的基础上,从工艺性、力学性能、渗透性等方面对自主研发的T800/607低温复合材料体系进行了性能评价研究,并最终通过圆筒试验件评价试验对T800/607复合材料在液氢无内衬复合材料贮箱中应用的可行性进行了测试评价。

纤维铺放设备机械手臂末端运动轨迹的后置处理技术研究

在已知被铺放芯模和芯模铺放纤维轨迹的基础上,对数控铺放设备的后置处理算法进行了研究。通过铺放设备运动过程的分析,将这种冗余度机器人的七个关节分两个部分处理:主轴关节部分和机械手臂部分。运用机器人学相关原理建立杆件坐标系,通过机器人运动学的正解和逆解,得到了机械手臂六关节变量的解。提出利用投影向量法判断铺放螺旋轨迹方向。同时为了实现铺放过程的运动仿真,系统阐述了铺放轨迹的前期处理方法。分析了铺放头角度参数和位置参数的关系及铺放头角度参数的合理范围。最后通过铺放运动过程仿真,证明了所提出的后置处理算法和轨迹数据前期处理方法的正确性。

基于树脂基复合材料自动铺丝工艺的轨迹设计技术探讨

针对树脂基纤维增强复合材料自动铺丝过程中出现的纤维褶皱、分层等工艺缺陷,着重探讨不同轨迹设计方法(固定角、测地线、变曲率)在抑制工艺缺陷上的优劣。对不同轨迹规划方法进行了比较,最终给出针对不同曲面特征、不同铺丝工艺要求的轨迹设计方法。

基于响应面法的碳纤维铺放工艺参数优化及耦合作用分析

针对碳纤维铺放过程中工艺参数对层间剪切强度(ILSS)的耦合作用机理,采用正交实验方法设计四因素三水平的碳纤维增强环氧树脂预浸带铺放实验,采用响应面法对实验数据进行回归分析,建立ILSS与铺放工艺参数(热风温度、铺放压力、压辊温度和铺放速度)的二次回归函数模型,利用该模型对工艺参数进行了优化并分析了各工艺参数耦合作用对ILSS的影响规律。结果表明,最佳工艺参数组合为热风温度88.1℃、铺放压力740.4N、压辊温度86℃、铺放速度23.1mm/s;铺放速度对ILSS的影响较大,其余参数的影响次序由大到小依次为热风温度、压辊温度、铺放压力;热风温度与压辊温度的耦合作用对ILSS有极显著的影响,热风温度与铺放速度、压辊温度与铺放速度耦合作用对ILSS有显著的影响;通过耦合作用分析,发现热风温度在85～100℃、压辊温度在80～100℃、铺放速度在20～30mm/s时,制品ILSS较高,大于20MPa,从而扩展了碳纤维铺放成型的加工窗口。

自动铺丝过程中预浸料的侧向弯曲

根据自动铺丝过程中预浸料的受力特点,建立预浸料的侧向弯曲变形模型。利用最小势能原理、瑞利-利兹法以及相关的复合材料力学理论,推导出预浸料侧向屈曲半径公式。研究自动铺丝温度、压力、速度、黏附力等主要工艺参数对侧向弯曲性能的影响,并用自动铺丝机铺放不同半径的预浸料圆弧进行验证。结果表明:随着温度增大、压力和速度减小,预浸料的侧向弯曲性能提高;增加预浸料黏附力可显著提高其侧向弯曲性能,符合理论分析结果。

NY9200GA树脂体系预浸料自动铺放粘结性工艺研究

为研究NY9200GA环氧树脂体系预浸料的自动铺放粘结性工艺特性,采用自行设计的预浸料粘结性测试装置,通过单因素试验,研究不同铺放工艺条件下预浸料的层间粘结性变化规律;运用正交试验法确定各铺放工艺参数对粘结性的影响程度。结果表明,随着铺放温度的升高,预浸料层间粘结性先增大后降低,在温度为40℃时粘结性出现峰值;铺放压力的增大和速度的减小均会增加预浸料层间的粘结性;温度对预浸料层间粘结性值的影响最大,压力的影响次之。此外,预浸料层间粘结性与放置时间和纤维方向有关,在室温环境中存放的时间越长,预浸料层间的粘结性越低;随着相邻铺层间纤维夹角的增加,预浸料层间粘结性也逐渐增加,其中0°/90°铺层间粘结性是0°/0°的近两倍。

七自由度纤维铺放机后置处理算法及比较

为了使七自由度纤维铺放机按规划的铺放轨迹运动,必须研究铺放机的后置处理算法。通过比较七自由度冗余度机器人的各种逆解方法,结合纤维铺放的工作过程,铺放机后置处理算法采用位姿分离法,将7个关节分两个部分进行后置处理算法的研究:主轴关节部分和机械手臂部分。这种算法在保留机构冗余特性的同时,避开了冗余自由度机构的运动学分析、优化问题,简化了后置处理算法。通过分析主轴关节的不同处理方法,提出基于机械手臂末端运动轨迹和基于机械手臂末端施压方向2种算法。并对这2种算法进行分析比较,得出基于机械手臂末端施压方向的后置处理算法使机床运动平稳、关节变量变化范围小、关节角波动小、适用范围广的结论。通过铺放试验验证了后置处理方法的正确性。

复合材料自动铺丝设备研究现状

自动铺丝成型工艺因其高质量、高效率、高成型适应性、低废料率等工艺特点,特别适用于大型复杂复合材料构件的自动化成型,如机身、进气道、承力锥、翼身融合体等。从床身形式、纱箱系统、铺丝头结构等角度展开,总结了自动铺丝成型设备的发展现状,分析了现阶段国内相关的研究成果与应用现状,最后对自动铺丝成型设备未来的发展趋势进行了展望。

复合材料自动铺放技术在航空航天领域的研究进展

自动铺放技术因具有高效率、高质量、高精度和高可靠性的优点,已广泛应用于大型飞机、运载火箭等各类航空航天飞行器中多种结构部件的制造。主要从自动铺带技术、自动铺丝技术及铺放工艺3个方面对国内外自动铺放技术的研究进展和飞机复合材料构件的应用情况进行综述。对自动铺丝/铺带技术的特点、自动铺放设备以及自动铺放技术在飞机复合材料制造领域的应用进展进行了重点论述,梳理了自动铺放技术在国内外的研发应用情况,分析和阐明了自动铺放技术的发展现状和存在的问题,对国内外学者在自动铺放工艺上的研究进行概述,最后对自动铺放技术的未来趋势进行了展望,并针对国内自动铺放技术的发展现状和存在的问题给出了发展方向及建议。

热固性复合材料铺丝构件力学行为研究进展

复合材料自动铺丝(Automated fiber placement,AFP)技术是一种低成本、高性能的先进复合材料自动化制造技术。为充分利用预浸料铺放变形及黏合特性来改善铺放质量,从预浸料丝束变形–黏合行为与工艺参数的关联机制和典型工艺缺陷对构件力学行为影响机理两个方面对国内外研究现状进行综述,分析了工艺参数与工艺缺陷对复合材料铺丝构件力学行为的影响机制;最后,提出了与复合材料铺丝构件力学行为相关的研究内容和科学问题。

航空发动机复合材料风扇叶片制造工艺应用进展

大涵道比商用涡扇发动机为了减轻重量和追求更高的涵道比,采用复合材料风扇叶片已成当今趋势。介绍了复合材料风扇叶片的发展与应用情况,总结了叶片的材料应用、模具设计和主流制造工艺,包括预浸料手工铺放/热压罐固化成型工艺、预浸料自动铺丝/热压罐固化成型工艺、三维机织碳纤维增强树脂传递模塑(RTM)成型工艺。同时分别介绍了Hexcel、Snecma、罗·罗等国外公司复材叶片的模具材料选择和结构设计,并针对3种制造工艺的特点进行了对比和分析。最后总结了制造复合材料风扇叶片的关键技术,并指出复合材料风扇叶片制造技术现已朝着材料形式混杂化、制造工艺自动化与自适应化、工装材料多样化的趋势发展。

碳纤维复合材料自动铺放关键技术的现状与发展趋势

碳纤维复合材料具有耐高温、耐摩擦、耐腐蚀等诸多优异性能,被广泛应用于航空航天、汽车制造等相关领域。鉴于碳纤维复合材料的广泛应用,制备碳纤维复合材料构件的自动铺放设备及技术也得到了快速发展。近年来,复合材料自动铺放技术也取得了非常显著的成绩。碳纤维复合材料自动铺放技术的研究是铺放设备、铺放轨迹、铺放工艺及铺放软件技术的综合性研究。其中,研究人员将铺放头与纤维纱架结合实现了碳纤维复合材料铺放设备的一体式结构,为完全自动化铺放奠定了基础。碳纤维复合材料的铺放轨迹起初采用相对简单的定角度铺放,但是近些年变角度铺放成为研究热点,采用变角度铺放可以提升铺放构件的力学性能。另外,工作人员针对复合材料的铺放温度、铺放速度和铺放压力等铺放工艺进行了研究,实现了铺放工艺参数的优化并提高了铺放构件的成型质量。此外,在复合材料自动铺放软件技术的研究中,研究人员以铺放工艺及构件形体要求为基础,开发了与铺放设备相匹配的CAD/CAM软件系统,实现了复合材料的自动化、智能化铺放。本文主要从自动铺放设备结构、纤维铺放轨迹规划与控制、铺放工艺参数优化和自动铺放软件系统几个方面对国内外自动铺放技术的研究进展进行了综述。基于自动铺放技术的发展现状,总结了国内自动铺放技术存在的问题,并对国内自动铺放技术的发展方向进行了探讨。

碳纤维复合材料丝束带剪断状态快速检测方法

为解决在狭小空间内无法准确有效识别碳纤维丝束带剪断状态的问题,提出了一种基于电信号的碳纤维丝束带剪断状态的检测方法,并设计了相应的剪断状态监测硬件及软件系统。该检测方法首先通过简单的检测电路以及数据采集卡,实现对碳纤维丝束带剪断过程中的电信号实时采集,然后对采集得到的信号进行低通滤波处理,获取电压信号的峰值,将峰值与设定的检测阈值相比较,可以有效识别出碳纤维丝束带的剪断情况。实验结果表明,在进行剪断操作时,未完全剪断的碳纤维丝束带电阻为10~500Ω,而完全剪断的丝束带电阻为无穷大,将丝束带与检测电路连接,电阻的变化即可反映到两电极间的电压变化。实验中,完全剪断时,丝束带两端电压从0V大幅跃升到4.377 03V,大于设定的阈值,而未完全剪断时,丝束带两端电压从0 V小幅跃升到0.067 97V,小于设定的阈值1V,均可有效识别剪断状态,证明该方法检测结果较为准确。该方法可以在铺丝头内部的狭小空间进行检测,同时能够快速识别出碳纤维丝束带的剪断状态。

轻质碳纤维复合材料帆船桅杆的设计与制备

碳纤维复合材料与金属相比,具有重量轻、可设计性强等优点。本文目的是设计并制备轻质碳纤维复合材料桅杆。基于等刚度准则,对具有等壁厚、异型截面的中空碳纤维复合材料桅杆进行设计,并运用数值模拟技术对结构铺层进行优化。采用纤维铺放和缠绕工艺制备出长度为16m的大尺寸碳纤维复合材料帆船桅杆,与铝合金桅杆相比减重43.4%。在设计工况下,桅杆变形试验值与数值模拟结果相近。

复合材料铺放成型工艺参数敏感性分析及优选

碳纤维增强复合材料铺放过程中,铺放工艺参数的选取决定制品的性能.本文利用单因素和多因素方法对铺放工艺参数的敏感性进行研究.采用设计试验方案,根据试验结果,应用响应面法建立层间剪切强度与工艺参数之间的数学模型,计算铺放主要工艺参数——压辊压力、压辊温度和铺放速度的相对敏感度,获得单因素敏感性曲线.通过分析得到每个工艺参数的稳定域和非稳定域.