【摘要】：本文以發(fā)動機復(fù)合材料風扇葉片成型為應(yīng)用背景,研究干鋪絲-液體成型的成型技術(shù),分別從成型工藝、工藝仿真、力學性能等角度開展研究。首先,基于粉末懸浮法成功制備出符合工藝要求的熱塑性增黏纖維,對其進行粘結(jié)性能分析;其次對增黏纖維預(yù)制體滲透率進行研究,獲得了定型劑對預(yù)制體滲透率影響方式及纖維預(yù)制體滲透率數(shù)值;最后研究了定型劑對復(fù)合材料制品力學性能的影響及增韌機理,為干鋪絲-液體成型技術(shù)的實際應(yīng)用提供參考和指導(dǎo)。(1)選擇熱塑性樹脂PA-6做定型劑,開展熱塑性增黏纖維制備工藝參數(shù)及粘結(jié)性能的研究,制備出滿足工藝需求的增黏纖維。根據(jù)浸漬模型確定了熱塑性增黏纖維制備平臺工藝參數(shù):分散劑去除溫度90℃、預(yù)浸漬溫度240℃、雙鋼帶模壓溫度220℃、牽引速度10~30mm/s、牽引張力7N。基于以上工藝參數(shù),通過調(diào)節(jié)分散劑含量成功制備出不同含膠量的熱塑性增黏纖維,并對其微結(jié)構(gòu)及粘結(jié)性能進行分析,經(jīng)過綜合考慮確定了熱塑性增黏纖維的含膠量控制在8%。(2)針對干鋪絲纖維預(yù)制體的液體成型,試驗結(jié)合工藝仿真獲得纖維預(yù)制體滲透率。采用超聲固結(jié)制備纖維預(yù)制體,建立了達西定律滲透率測試模型,通過試驗測得了滲透率,結(jié)合PAM-RTM工藝仿真對滲透率進行了修正,得到修正后含膠量8%的纖維預(yù)制體滲透率,并與空白組纖維預(yù)制體滲透率進行比較。結(jié)果表明當熱塑性定型劑為8%時,由于熱塑性定型劑的存在影響了樹脂的浸漬和浸潤,制備的纖維預(yù)制體滲透率分別降低了55.5%和52.0%。(3)制備了干鋪絲-液體成型試樣,開展了熱塑性定型劑對成型復(fù)合材料制品力學性能的影響研究。研究結(jié)果表明,熱塑性定型劑一定程度上降低了層間結(jié)合強度,但顯著提高了復(fù)合材料的韌性。加入定型劑后,層間剪切強度降低了23.6%,層間定型劑的存在,使樹脂黏附程度降低,層間剪切強度降低;G_(IC,V) _(IS)和G_(IC,max)分別增加了60.1%、89.3%,G_(IIC)增加了54.1%;在預(yù)制裂紋擴展過程中,定型劑阻礙了裂紋擴展、并吸收了大量能量,使得應(yīng)變能釋放速率變大,斷裂韌性提高;沖擊強度增加了18.7%,沖擊裂紋沿截面擴展時受到阻礙,裂紋改變擴展方向,消耗更多的能量,從而具有更高的沖擊強度。(4)針對復(fù)合材料風扇葉片,采用有限元模擬分析了工藝參數(shù)、鋪層類型對葉片充模過程的影響。利用UG建立葉片模型,Patran劃分網(wǎng)格,PAM-RTM工藝仿真軟件模擬葉片的充模時間,結(jié)果表明:充模時間與注射壓力呈反比,注射壓力從0.1MPa提高到1.0MPa時,充模時間降低了88.2%,適當?shù)奶岣咦⑸鋲毫娠@著降低充模時間;充模時間與樹脂黏度呈正比,樹脂黏度從0.5Pa·s降低到0.05Pa·s,充模時間降低了90%,在保證樹脂對纖維浸潤充分的情況下應(yīng)選擇黏度較低的樹脂;當鋪層為準各向同性時,充模時間較短為1220s;當樹脂流動距離相同時,注膠位置厚度較大有助于降低充模時間;合理設(shè)計鋪層和注膠/出膠口位置有利于節(jié)約充模時間,提高生產(chǎn)效率。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V263
【圖文】：

第一章 緒論復(fù)合材料葉片機的重要部件，作為飛機的心臟，是一個國家科技、具有推重比大，迎風面積小，起動、加速快，適應(yīng)機[1]。隨著 A380、B787 等商用大飛機的使用，大飛機漸成為綜合國力的象征。大涵道比渦扇發(fā)動機是大型制成功的關(guān)鍵[2]。而現(xiàn)代商用大飛機“飛得更高、更率提出了更高的要求[3]。風扇葉片材料一般為金屬及其合金（圖 1.1），隨著復(fù)高、比剛度高、低噪音和可設(shè)計性等優(yōu)勢逐漸成為金 6]。復(fù)合材料抗疲勞和耐腐蝕性能優(yōu)異，可提高結(jié)構(gòu)件機的使用壽命以及降低維護費用；同時使用復(fù)合材料合材料低成本制造技術(shù)可降低成本，可見，復(fù)合材料和環(huán)保性提供了保證[7]。

圖 1.2 自動鋪放原理圖葉片為雙曲面、大扭轉(zhuǎn)和變截面的結(jié)構(gòu)形式，通過模壓（閉模成型）成罐提供溫度和壓力，使樹脂在模腔中流動充滿模腔，并使樹脂固化，依現(xiàn)加熱、加壓、賦形，保證葉片表面精度。E90 復(fù)合材料風扇葉片是為 B777 開發(fā)的渦扇發(fā)動機，是國外最早采用動機之一（圖 1.3（a））。采用預(yù)浸料/模壓成型，碳纖維/增韌環(huán)氧預(yù)浸料逐漸減薄，表面涂有聚氨酯涂層，葉片前緣鈦合金包邊，葉尖和后緣 K扇葉片，總質(zhì)量為 349kg，與鈦合金葉片相比質(zhì)量輕 66％，已成功應(yīng)Enx 復(fù)合材料風扇葉片是 GE 公司為 B787 研制的新一代渦扇發(fā)動機，僅優(yōu)化了 GE90 的復(fù)合材料葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計（圖 1.3（b））。GEnx 發(fā)動機處采用了特氟隆耐磨襯墊。GEnx 發(fā)動機風扇包容機匣也是由復(fù)合材料將復(fù)合材料用于大型發(fā)動機機匣[12]。RENT 系列葉片應(yīng)用于 B787、A350 XWB（圖 1.3（c）），滿足制造成本 年該發(fā)動機出現(xiàn)葉片耐用性不強的問題，公司發(fā)言人稱這批葉片惡化程 XWB 發(fā)動機是羅 羅公司發(fā)動機中最新型號，融合了研發(fā)經(jīng)驗和最新

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本文編號：2737691