热压罐成型复合材料制造缺陷成因分析与工艺控制

admin · 发表于 2024-3-10 12:22:17

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雅宝题库解析：
随着先进复合材料在飞机上的大量应用，复合材料的低成本化和质量稳定性成为目前面临的重要课题。飞机用复合材料构件种类繁多、结构形式复杂，工艺控制难度加大，易产生多种缺陷，这些缺陷严重影响着复合材料构件的表面质量、力学性能以及使用的可靠性。本文针对热压罐成型复合材料结构制造缺陷的形成机制与工艺控制开展理论分析与实验研究，主要包括等厚层板的孔隙缺陷、非等厚层板的分层缺陷以及整体成型过程的分层扩展，同时建立了复合材料热压罐工艺制造缺陷成因分析系统。研究结果为航空复合材料主承力结构的制造缺陷控制，促进工程应用奠定了重要的技术基础。首先，为科学地确定孔隙形成的主控因素以及有效地控制孔隙含量，系统研究了在工程上得到大量应用的两种双马树脂体系孔隙缺陷的形成机制，并提出了增大外压以保证树脂压力大于孔隙形成的临界压力，以及延长真空时间来有效控制孔隙形成的工艺控制方法。研究结果为孔隙形成过程的数值模拟及孔隙成因分析方法的建立提供了重要的理论和实验依据。而后，针对非等厚层板变厚区常见的分层缺陷，揭示了热压成型过程非等厚层板分层缺陷的形成机制，找出了非等厚层板分层缺陷的主控因素，并在实验研究碳纤维/双马树脂体系层间断裂韧性，以及计算分析非等厚层板变厚区层间应力的基础上，提出了抑制分层缺陷产生的基本准则。结果表明，增加变厚区的插层阶梯宽度，减少插层层数有利于降低变厚区层间应力，增大层板层间断裂韧性有助于消除分层缺陷。研究结果对优化非等厚层板结构设计、提高非等厚层板成型质量都有着非常现实的意义。然后，从理论上分析了分层缺陷在二次成型中发生扩展的主要影响因素，并利用夹杂分层进行了实验验证；还通过计算分析含分层缺陷复合材料加筋板结构的层间应力对分层扩展进行了预测。结果发现，整体成型工艺的最高温度不应高于层合板固化成型温度，初始分层中心位于筋条边缘时分层周围的应力最大而易引起分层扩展；分层扩展是一个动态过程，扩展过程主要受复合材料I型层间断裂韧性的影响。研究结果为整体成型工艺中的缺陷控制及工艺参数优化具有重要的指导意义。在此基础上，为考察复合材料制造缺陷的工艺可控性，对近两万多件航空复合材料构件无损检测数据进行了统计分析，充分对比并揭示了干/湿法预浸料对复合材料构件缺陷形成的影响规律，发现干法预浸料显著提高了成型质量，有效抑制了孔隙缺陷的形成、降低了制造缺陷出现比例且提高了典型构件的分层相对可接受率。最后，以评价复合材料构件可制造性、消除缺陷和优化工艺为目的，首次提出了制造缺陷逆向分析逻辑思路，并将数值计算、概率模型和数据库结合开发了复合材料热压罐工艺成因分析系统，实现了使制造缺陷研究方法从传统的经验式模式向科学化、定量化、规范化的模式转变。

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