摘要:为解决生产过程中TC4钛合金法兰与复合材料尾轴装配体轴向装配精度不达标的问题,建立了TC4钛合金法兰与复合材料尾轴冷缩装配仿真静力学模型。通过模拟TC4钛合金法兰冷却-压装-热膨胀全过程,分析了冷缩装配下TC4钛合金法兰接触应力、变形。通过研究TC4钛合金法兰-复合材料轴冷缩装配仿真模型,得出了TC4钛合金法兰在装配过程中出现轴向位移的可能原因为法兰热膨胀、法兰与轴管残余变形、法兰几何构型等。同时,通过仿真结果分析了轴向装配误差与压装深度关系及变化规律,得出了理论初始装配间隙以解决冷缩装配对轴向变形的影响。
摘要:针对航空发动机作动系统的轻量化需求,本文提出了一种轻量化碳纤维复合材料(CFRP)作动器设计方案。基于Miner线性累积损伤理论,对CFRP作动器进行了有限元正弦振动分析,确定了作动器在振动载荷下的危险部位,运用危险点处的应力响应及驻留点应力结果计算得到危险零件的正弦振动疲劳寿命。经计算,复合材料作动器薄弱点出现在活塞接头与筒体,在标准正弦谱振动 20h 、三向驻留频率振动1h的载荷下,满足振动寿命要求。
摘要:框架式成型工艺装备是热压罐成型复合材料蒙皮、壁板等构件的关键工艺装备,框架式工艺装备成型模板的温度均匀性、框架支撑结构刚度及开性对于复合材料构件成型质量、热气流有效利用具有重要影响。以提高工艺装备温度均匀性、减重及保持整体刚度为目标,采用拓扑优化方法生成了框架式成型工艺装备新构型,基于有限元仿真评估了结构刚度并完善支撑结构设计。进一步基于CFD仿真,从整体热均匀性、成型区域升温效率两方面,对比分析了常规结构、拓扑结构框架式成型工艺装备的热性能。结果显示与常规工艺装备相比,优化设计后工艺装备支撑结构减重 35% ,升温过程中工艺装备整体热均匀性提升 18% 以上,且热均匀性随着拓扑结构重量降低而进一步升高,同一时刻及位置的工艺装备成型区域温度提升 4°C 以上,尤其是受流通性影响较大的成型中心区域温度差异达 14°C ,拓扑结构的减重及开性对工艺装备性能有明显提升,验证了拓扑优化方法在成型工艺装备设计上有效性。
摘要:复合材料件固化过程中因纤维、树脂和模具的线胀系数不匹配以及固化放热导致的温度场不均匀等因素导致残余应力产生,从而使零件固化后产生回弹变形。大曲率蜂窝夹层结构广泛应用于机身蒙皮、整流罩等位置,因其构型原因,通常会因固化残余应力导致产生较大的回弹变形,造成后续装配困难、装配阶差、间隙超差等问题。本文通过对该类零件进行外形扫描,结合装配关系比对分析变形数据,对成型模进行型面补偿设计制造,大幅度减小了蜂窝夹层结构件固化变形量,提升了零件装配质量。
摘要:在运输存储过程中,聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫吸湿产生的变形行为会导致机加前及加工过程中泡沫持续发生形变,加工后泡沫形状与理论形状产生偏离,不满足目前部分PMI泡沫夹层复合材料结构件对泡沫芯材加工精度的要求,本文对一种复合材料夹层构件常用的PMI泡沫吸湿变形行为进行测定,拟合吸湿膨胀相关系数,构建PMI泡沫吸湿仿真模型,计算得到的瞬态仿真结果在实测数据组间偏差以内,使用该模型计算了在现有生产流程下一种桨叶内部PMI泡沫零件可能产生的变形,符合实际生产过程中的检测结果,对PMI泡沫夹层零件的精准制造过程控制具有指导意义。
摘要:本文针对复杂结构泡沫夹层复合材料制件芯材的尺寸稳定性、胶接缺陷以及制件的外形尺寸控制进行了研究。细致分析了该制件的结构特性,开展了系列泡沫芯材稳定化实验,探索出可有效提高泡沫芯材抗变形能力的稳定化方案。通过多次预组合-校验的工艺优化措施,校验了各胶接零件之间的配合状态。通过对胶接面的研修和补偿,保证了制件在组合固化时的胶接配合状态。自制了辅助盖板,用于胶接固化过程中对制件型面的保护。本文对比分析了不同固化压力参数对胶接质量和制件外形的影响,通过试验优化了固化压力参数。本文研究形成了复杂结构泡沫夹层复合材料制件的成型工艺方法,制备出胶接质量和外形尺寸均优异的泡沫夹层复合材料制件。
摘要:针对碳纤维增强环氧树脂复合材料长桁成型中芯模手工合模存在的定位精度低、调整困难及效率低下等关键问题,本文提出了一套系统化的解决方案。首先,通过分析并优化合模工艺流程,实现了部分工序的自动化控制;其次,创新性地设计了一种模块化结构的自动化翻转合模装置,基于有限元分析对夹持模块进行了强度和刚度的系统优化,使其在水平和立式工况下均能实现多种规格芯模的精确定位与稳定夹持。在控制方式上,采用自动驱动与末端微量调整相结合的技术方案,在保证装置结构简洁的同时,成功实现了芯模升降、对合及翻转等多自由度位姿调整功能的集成化设计。此外,本研究引入了具有二维调整功能的浮动平台机构,有效补偿了芯模放置偏差,确保了一次性准确合模的实现,显著提升了复合材料长桁成型工艺的自动化水平和生产效率。
摘要:热塑性复合材料具有抗冲击性能高、抗疲劳性好、绿色环保、成形周期短、可循环利用等优点,在航空领域得到广泛应用。本文以玻璃纤维增强热塑性(GF-PEEK)复合材料加筋壁板为研究对象,进行材料-结构-制造一体化设计方法研究。首先,利用有限元仿真技术对C形和帽形加筋结构,发现帽形结构具有明显优势。然后,设计了帽形GF-PEEK复合材料加筋和壁板成型工装。最后,通过分部成形加强筋和壁板,通过焊接成形工艺制备出加筋壁板。本文的研究成果可为热塑性复合材料在航空领域应用起到指导作用。
摘要:某型机滑油系统前部风道为复合材料“盒型”结构,成型时采用金属模体加硅胶芯模的组合模形式工装,零件固化后由于硅胶芯模膨胀量过大,在工装上盖板和金属侧模的合模缝处产生较大间隙,导致预浸料从上盖板和金属侧模之间的缝隙挤出,影响零件成型质量。采用ABAQUS软件对零件成型过程中硅胶芯模的膨胀过程以及硅胶芯模膨胀过程中产生的压力进行仿真分析。结果表明,硅胶厚度由 12.3mm 降至 11mm 时,零件表面接触压强由 0.6~1.8MPa 降至 0.25~0.7MPa ,合模缝间隙由 0.14mm 减小到 0.07mm ,消除了硅胶芯模膨胀量过大导致的缺陷,提升了零件成型质量。
摘要:低温等离子体表面处理技术为一种新型表面处理技术,可对各类橡胶材料、高分子化合物以及固体火箭发动机药柱粘贴前进行表面处理。本文对低温等离子表面处理技术过去在固体火箭发动机成型中的应用研究进行归纳总结,并研究经其处理的酚醛改性丁腈橡胶粘接性能的改变。本文借助丁腈橡胶表面浸润性的变化表征等离子对其表面性能的改变,测试经等离子体不同参数处理后放置不同时间的丁晴橡胶材料的弹性模量及粘接性能,并与采用浓硫酸进行表面处理的橡胶粘接强度进行对比,研究了等离子体表面处理对丁腈橡胶粘接性能的影响。结果表明,采用等离子体表面处理的橡胶表面浸润性明显提高,可以明显改善丁晴橡胶表面性能,利于粘接。
摘要:现代飞机机身蒙皮多采用复合材料成型加工而成,因其本身不具有导电性,通过成型中铺设铜网或成型后在复合材料表面喷涂导电漆实现复合材料零件的导电性。导电漆P99(DAG1415M)作为一种含银的热塑性树脂油漆,电阻值小,导电性强,很适合用在复合材料表面。但在生产中,导电漆的电阻值不稳定以及结合力弱等问题,影响到机身低电阻测量的结果。因此,本文通过研究改进导电漆涂覆方法,解决生产中出现的问题。
摘要:铝蒙皮蜂窝夹层结构由于质量轻承载大,在航空器结构尤其是直升机结构中有着较广泛的应用,但由于夹层结构的外蒙皮都比较薄,受到外来物冲击后会产生凹坑缺陷和蒙皮与芯子之间的脱粘缺陷,从而可能引起结构的强度降和刚度降。利用冲击试验研究了不同冲击能量作用在直升机铝蒙皮蜂窝夹层真实结构上的响应情况,并基于凹坑深度和脱粘面积试验数据建立了相应的曲线,拟合优度较高的冲击能量凹坑深度曲线和冲击能量脱粘面积方程。利用曲线,针对实际的凹坑深度情况反推冲击能量,从而基于冲击能量对结构的强度和刚度影响进行评估。
摘要:针对复合材料零件加工中金属工装温度变化引起的尺寸偏差问题,本研究以6061-T6铝合金工装与Q235B碳素钢工装为对象,通过步进式与循环式温度调控试验,结合高精度激光跟踪仪在线测量,系统分析了20°C±4°C 范围内两种材料的热膨胀特性及其对工装基准孔定位精度的影响。结果表明: 2m 长铝质工装在 ±4°C 温度波动下,长度方向最大变形达 ±0.18mm ,而钢质工装仅 ±0.08mm ;铝质工装热膨胀系数实测值( 23.2×10-6/°C ))与理论值高度吻合,钢质工装实测值( 11.8×10-6/°C )略高于理论值(可能与残余应力释放相关)。研究验证了钢质工装在 ±4°C 环境下的尺寸稳定性优势,为复合材料零件高精度加工工装选材提供了理论依据。
摘要:本文对航空制造领域弱刚性泡沫加工尺寸控制难题开展在机测量技术研究,提出了一种型面在机测量和结果分析评价方法,讨论了测量程序编制策略、测量过程指令控制方法、测量数据处理算法以及误差补偿方法,并基于西门子840D数控系统五轴数控机床探讨了具体的测量及评价方法实现过程,突破了泡沫材料在机测量应用技术。本研究建立了完整的弱刚性泡沫零件的型面在机测量技术实现路径,为相关领域泡沫加工尺寸控制提供了可借鉴的解决途径。
摘要:建立了碳纤维织物透光率试验方法,测试了三种平纹织物和两种缎纹织物的透光率,并分析了透光率差异的原因。结果表明,在五种国产碳纤维织物中,碳纤维织物透光率 CF8611>ZT7H3198P>CF3011>CF3031> CF8652;3种平纹织物透光率高于其他两种缎纹织物,平纹织物透光率高与织造工艺方法有关,平纹织物交织点之间的距离很短,丝束中的碳纤维弯曲大,导致编织空隙大。碳纤维织物面密度增大,织物致密程度相应提高,透光率相应降低;碳纤维模量和纤度,也是织物透光率差异的原因。研究表明,本文建立的试验方法可定量表征碳纤维织物的透光率。