充模效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、大尺寸大厚度構(gòu)件一體成型困難等已成為復(fù)合材料液體模塑成型工藝面臨的突出問(wèn)題,削弱了其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。采用計(jì)算機(jī)虛擬制造技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝可改善復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)均勻性、提高產(chǎn)品質(zhì)量和制造精度,是提升復(fù)合材料設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用水平、解決以上難題的可行途徑。增強(qiáng)織物預(yù)成型體的壓縮性能和滲透率是液體模塑成型工藝仿真的基礎(chǔ)參數(shù),是準(zhǔn)確預(yù)測(cè)產(chǎn)品成型壓力、纖維體積含量和力學(xué)性能的先決條件。因此,采用高效可靠的測(cè)試系統(tǒng)獲取預(yù)成型體的相關(guān)性能,既是優(yōu)化工藝、改善產(chǎn)品性能和發(fā)展一體成型技術(shù)的前提,又為液體模塑成型工藝在高端制造領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ),具有重要意義。本文首先選取玻璃纖維多軸向無(wú)屈曲織物和斜紋織物為研究對(duì)象,對(duì)織物預(yù)成型體在壓縮加載過(guò)程和應(yīng)力松弛過(guò)程中的結(jié)構(gòu)演化規(guī)律和影響因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果用于厚度方向滲透率Kz測(cè)試系統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析,完成了基于Darcy定律的Kz測(cè)試系統(tǒng)搭建,編寫(xiě)了實(shí)驗(yàn)進(jìn)程控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理軟件,極大的減少了測(cè)試與分析的工作量。主要研究工作和結(jié)論如下:通過(guò)建立預(yù)成型體壓縮加載過(guò)程和應(yīng)力松弛過(guò)程應(yīng)力預(yù)報(bào)模型,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了織物預(yù)成型體壓縮過(guò)程中所表現(xiàn)的力學(xué)特性。結(jié)果表明,本文建立的修正Gutowski模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)壓縮應(yīng)力和纖維體積含量的關(guān)系,其參數(shù)可用于不同類型織物預(yù)成型體壓縮性能對(duì)比,具有明確物理意義。提出了描述預(yù)成型體應(yīng)力松弛過(guò)程的Maxwell多尺度并聯(lián)模型,其預(yù)報(bào)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很好的一致性。建立的預(yù)報(bào)模型為成型工藝仿真、織物預(yù)成型體Kz測(cè)試系統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)和測(cè)試結(jié)果分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)Darcy定律搭建了厚度方向滲透率Kz測(cè)試系統(tǒng),利用低成本小型傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。系統(tǒng)功能性驗(yàn)證結(jié)果表明:測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與加工精度滿足0.5%的要求;采取的有效措施可保持注射壓力長(zhǎng)期穩(wěn)定;傳感器的應(yīng)用大大提高測(cè)試效率與準(zhǔn)確性,解決了測(cè)試效率低、數(shù)據(jù)重復(fù)性差、實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)等問(wèn)題,并給出了該Kz滲透率測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)操作步驟。開(kāi)發(fā)了Kz滲透率測(cè)試系統(tǒng)配套軟件,實(shí)現(xiàn)了所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合并存儲(chǔ)、實(shí)驗(yàn)曲線的輸出和優(yōu)選、實(shí)驗(yàn)報(bào)告生成和數(shù)據(jù)匯總分析等功能,提高了數(shù)據(jù)分析工作的效率,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理目標(biāo),顯著降低了數(shù)據(jù)分析的工作量。實(shí)驗(yàn)證明該測(cè)試系統(tǒng)精度高、軟件運(yùn)行穩(wěn)定。測(cè)試結(jié)果表明,高壓縮率水平下預(yù)成型體的Kz值的離散性明顯小于低壓縮率水平;提高注射壓力,Kz值顯著減小,表現(xiàn)出明顯的壓力依賴性。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

圖 1-1 復(fù)合材料在商用飛機(jī)上的應(yīng)用比重加拿大飛機(jī)制造商龐巴迪開(kāi)創(chuàng)了將 LCM 工藝用于成型 C 系列和 Lea飛機(jī)復(fù)合材料機(jī)翼主承力構(gòu)件的先河[3,4]，兩者都是由碳纖維復(fù)合材料加筋的上下機(jī)翼蒙皮、前翼梁和后翼梁，各部件之間通過(guò)鋁合金緊固件 1-2(b)所示，在一定壓力下將樹(shù)脂注入密閉模具中的單向或多向干態(tài)維織物（Non-crimpFabric,NCF）預(yù)成型體，在熱壓罐均勻的溫度場(chǎng)和固化，可提高纖維體積含量，降低孔隙率（<1%），優(yōu)化力學(xué)性能。既產(chǎn)效率，又解決了預(yù)浸料采購(gòu)運(yùn)輸成本高和無(wú)法長(zhǎng)期保存的問(wèn)題。

2圖 1-2 龐巴迪 C 系列飛機(jī)及其機(jī)翼的 LCM/熱壓罐成型俄羅斯聯(lián)合飛機(jī)制造公司（UAC）設(shè)計(jì)生產(chǎn)的 MS-21[5-6]（也稱 MC-21，圖1-3）2017 年 5 月首飛，主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手有龐巴迪 C 系列、波音 B737MAX 系列空客 A320neo 系列和我國(guó)自主研發(fā)的首架大型商用飛機(jī) C919。MS-21 機(jī)翼的翼梁、蒙皮壁板和中央翼盒 6 個(gè)截面壁板均采用 LCM 工藝成型，固化爐固化，徹

圖1-3）2017 年 5 月首飛，主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手有龐巴迪 C 系列、波音 B737MAX 系列、空客 A320neo 系列和我國(guó)自主研發(fā)的首架大型商用飛機(jī) C919。MS-21 機(jī)翼的翼梁、蒙皮壁板和中央翼盒 6 個(gè)截面壁板均采用 LCM 工藝成型，固化爐固化，徹
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本文編號(hào)：2882647