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題,削弱了其競爭優(yōu)勢。采用計算機虛擬制造技術(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、生產(chǎn)和應(yīng)用水平、解決以上難題的可行途徑。增強織物預(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),是準確預(yù)測產(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屈曲織物和斜紋織物為研究對象,對織物預(yù)成型體在壓縮加載過程和應(yīng)力松弛過程中的結(jié)構(gòu)演化規(guī)律和影響因素進行了實驗研究,結(jié)果用于厚度方向滲透率Kz測試系統(tǒng)的強度設(shè)計分析,完成了基于Darcy定律的Kz測試系統(tǒng)搭建,編寫了實驗進程控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理軟件,極大的減少了測試與分析的工作量。主要研究工作和結(jié)論如下:通過建立預(yù)成型體壓縮加載過程和應(yīng)力松弛過程應(yīng)力預(yù)報模型,準確預(yù)測了織物預(yù)成型體壓縮過程中所表現(xiàn)的力學(xué)特性。結(jié)果表明,本文建立的修正Gutowski模型能夠準確預(yù)測壓縮應(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)力松弛過程的Maxwell多尺度并聯(lián)模型,其預(yù)報結(jié)果和實驗結(jié)果具有很好的一致性。建立的預(yù)報模型為成型工藝仿真、織物預(yù)成型體Kz測試系統(tǒng)的強度設(shè)計和測試結(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測試系統(tǒng),利用低成本小型傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集。系統(tǒng)功能性驗證結(jié)果表明:測試系統(tǒng)的設(shè)計與加工精度滿足0.5%的要求;采取的有效措施可保持注射壓力長期穩(wěn)定;傳感器的應(yīng)用大大提高測試效率與準確性,解決了測試效率低、數(shù)據(jù)重復(fù)性差、實驗周期長等問題,并給出了該Kz滲透率測試系統(tǒng)的標準操作步驟。開發(fā)了Kz滲透率測試系統(tǒng)配套軟件,實現(xiàn)了所有實驗數(shù)據(jù)的合并存儲、實驗曲線的輸出和優(yōu)選、實驗報告生成和數(shù)據(jù)匯總分析等功能,提高了數(shù)據(jù)分析工作的效率,實現(xiàn)了自動化和高效、準確的數(shù)據(jù)處理目標,顯著降低了數(shù)據(jù)分析的工作量。實驗證明該測試系統(tǒng)精度高、軟件運行穩(wěn)定。測試結(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)合材料在商用飛機上的應(yīng)用比重加拿大飛機制造商龐巴迪開創(chuàng)了將 LCM 工藝用于成型 C 系列和 Lea飛機復(fù)合材料機翼主承力構(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翼蒙皮、前翼梁和后翼梁，各部件之間通過鋁合金緊固件 1-2(b)所示，在一定壓力下將樹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)浸料采購運輸成本高和無法長期保存的問題。

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

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