低成本通用飞机复合材料设计制造一体化技术

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1、一。。“一mm，m一Ⅶmrco。M。。复合材料先进嗣造技术低成本通用飞机复合材料设计制造一体化技术CompositesDesignandManufacturingIntegrationTechnologyonLow。-CostGeneralAircraft马瑛创硕士，现就职于中航工业通用飞机设计研究院通用飞机所结构强度蜜。复合材料结构主蕾设计师．主要负责通用飞机复合材料结构设计工作。中航工业通用飞机设计研究院马瑛剑低成本复合材料设计制造一体化技术已经成为世界通用飞机制造商必须要面对和解决的问题之一。采用数字化设计制造技术可以

2、提高产品的研制生产效率，保障产品质量，降低产品成本”I。该技术克服了原有复合材料制造过程中主要依赖于模线一样板而导致的铺层和层间本文结合演示验证件通过对通用飞机复合材料结构件的数宇化设计制造。应用复合材料设计软件FiberSIM与自动下料系统和激光铺层定位系统等的集成，打通了复合材料构件设计、工艺、制造的数字化生产线。的定位不准、材料裕度过大导致的浪费。高性能连续纤维复合材料为生产轻质高性能的产品提供了巨大的机会，但是高的材料成本、设计和产品制造的复杂性在很大程度上抵消了复合材料的使用效益。为了降低成本，提高复合材料生产效率

3、，缩短复合材料产品的开发时间，减少材料浪费，降低工具损耗及生产时间，美国VISTAGY公司在CAⅡA口1软件平台上开发了用于复合材料制造和分析的软件FiherSIM。FibersIM是集成于CAD系统中的一个软件工具包，它可以使CAD系统成为高性能的设计和制造复合材料零件的软件工具。FiberSIM软件独有的复合材料仿真技术，能够预测复合材料如何与复杂的表面贴合，并把贴合的结果形象地表示出来。FiberSIM软件支持整个复合材料的工程过程，可以使设计人员同时在零件几何、材料、结构要求以及工艺过程约束之间进行权衡。设计人员使用

4、FiberSIM软件能快速可视化铺层形状和纤维方向，在设计阶段即发现制造问题，并采取相应的纠正措施；从初步设计、详细设计直到制造车问，最终得到复合材料零件。研究内容1铺层分片、对接区偏移■的研究预浸料有一定的幅宽限制，大型复杂复合材料构件通过仿真分析，如果铺层超出了材料的幅宽限制则需要在适当的位置将铺层进行分割，分开的铺层片之间需要进行对接或搭接，偏移量的大小要根据设计要求，通过软件进行设计9l。2复杂曲面下的铺层分析爰铺层展开设计研究2011年第20期·航空翻造技术5l对于复杂曲面上的铺层，进行二维展开时，既要保证铺层能够

5、展开，还要保证展开的铺层铺到与3D模型上边界一致，往往存在较大的困难。只有当制造可行性分析表明纤维变形在可接受范围之内才可以进行铺层展开。铺层展开的运算法则有能力绘制从3D铺层模型到铺层展开的曲线，就是可以绘制铺层展开的工装定位孔(工装十字线)，也可绘制切割线、参考线和铺层孔。复合曲线确定极准确的铺层展开是不可能的，可以在制造世界地图的问题上找到解释。开发绘制地球平面图的过程中产生了一些相当好的方法准确地绘制了曲面的面积和陆地块的形状。这些条件互相独立，根本不可能既确保形状又保证面积，除非加许多剪口。如果一个世界地图有足够多

6、的剪口，那么理论上这个地图在形状和面积上相当准确；然而，一般人则难以辨认。在复合材料铺层展开问题上与绘制地图一样，复合材料铺层展开是将每一自由曲面绘成平面图。如果在一个铺层上应用太多剪口，则铺层将很难铺放，并影响到零件的整体性。(1)铺放起始点的优化。如先前所提到的．制造可行性分析网格表明在铺放起始点周围变形极小。向前移动起始点变形的面积减小甚至消除变形。在曲面有较大曲率的情况下。起始点偏移指向铺层的一端代表那里的形状，然后应用其他的技术减小铺层的变形。(2)铺层拼接。拼接就是将铺层切开的两条边界对接在一起。如果两条边界是外

7、部的，则铺层被切成两块。如果一条边界是外部的，另一条是内部的，铺层保持一片。在FiberStM计算中实现上述情况是迫使网格在对接周围计算，因此在特定位置打断了网格的连续约束。结果在铺层上有很小的52航空割造技术·2011年第20期纤维变形，但是纤维在拼接边界不再相切。(3)铺层剪口。剪口与拼接相似，除了剪开仅包括一条边界外，还在铺放起始点与变形区域之间打断连续纤维。剪13位置位于铺放起始点和变形区域之间，也可能仅封闭在变形区域。在拼接处，纤维在剪口不连续。(4)标记长度分析。这是一项用于测量铺层展开准确性的技术。它包括在展开

8、的铺层中需要测量的两个特征间定义标记(曲线)，在典型的铺放起始点和工装孔位置。定义了铺层展开，标记将自动地在展开的铺层上绘制。在SEL—PLY模块中MLA功能确定标记，测量与3D和2D间长度的差异。长度上允许的差异与所选材料有关，体现在铺层大小的功能和有多少材料可以伸展方面。在这种情况下，