压辊材料及形状对纤维铺放压紧效果的影响.pdf

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1、航空学报Apr252014Vol35No41173—118OActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaaedu．cahkxb@buaaeduCrl压辊材料及形状对纤维铺放压紧效果的影响段玉岗，闰晓丰，李超，张小辉西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室710049摘要：近年来纤维铺放(AFP)技术被广泛用于大型复杂飞机复合材料构件成型。为了保证纤维铺放过程的一致性，纤维铺放压辊必须在适应芯模型面的同时具有较好

2、的压紧力分布均匀性。鉴于此，对不同弹性模量的压辊材料进行了试验分析，薄膜压力传感器及超声显微镜测试结果表明，低弹性模量的压辊材料变形较大，较好地适应了芯模表面，压力分布相对均匀且可以减少铺层的层间孔隙数量，硅橡胶压辊比聚乙烯压辊压紧力分布均匀性提高了5O～6O，铺层孔隙率降低了92．1。针对孔隙分布主要集中在压辊两端及压紧力在压辊两端下降幅度较大的问题，采用ANsYsWorkbench对压辊端部进行斜端面优化，得到最优倾斜角度为2O。；测试结果表明斜端面压辊压力分布均匀性比直断面压辊提高了42．9，铺层孔隙率下降

3、了51．6。关键词：复合材料；压辊材料；压辊形状；压紧力均匀性；孔隙率中图分类号：V261；TH16文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)04一i173—08纤维增强复合材料具有比重小、比强度高以带进入压辊片层之问，影响纤维铺放过程。而采及强度可设计等优点，在航空航天、能源装备等领用弹性材料包裹刚性材料形式的柔性压辊是目前域的应用日趋加强l1]。纤维铺放技术以其灵活、商品化纤维铺丝机使用的主要形式，该压辊可以高效和低成本的特征_4]，已成为复合材料制造领在一定程度上改善压紧力的均匀性，同时克服了域

4、的研究热点。多片式柔性压辊铺压过程中预浸带进入压辊片层国外纤维铺放技术发展成熟，已投人工业应之间的问题。压辊弹性层材料及外形结构均对压用，如美国辛辛那提(Cincinnati)公司生产的VI—紧力的分布状态有着直接的影响，但关于压辊弹PER3000铺丝机，用于A380尾椎件的制造；美国性层材料及外形结构如何影响压紧力分布及影响英格索尔(Ingersol1)公司生产的AFPMongoose程度方面的研究未见报道。H3铺丝机，用于46段机身(B787)的制造；西班国内纤维铺放技术的发展起步较晚，铺放设牙托雷斯(Mto

5、rres)生产的铺丝机，用于43段机备大都处于样机研制阶段，且大都集中在科研院身(B787)的制造_1。文献[¨]～文献[13]指出，所，如南京航空航天大学在2005年研制了国内第纤维铺放中压紧力的均匀性对铺放质量有直接影一台自动铺带原理样机，并进行了路径规划、铺带响。为了提高压紧力均匀性，Mischler等研制了工艺等相关研究；哈尔滨工业大学在纤维缠绕技多片式柔性压辊口，而该压辊结构容易导致预浸术的基础上，开展了铺丝头原型、铺丝路径规划和收稿日期：2013—06．24；退修日期：2013-07—11；录用日期：

6、2013-08—19；网络出版时间：2013—08—2614：29网络出版地址：WWWcnki．Fiec／kcms／detail／111929V201308261429001hfmf基金项目：国家863计划(2012AA040209)；新世纪优秀人才支持计划(NCET一11—0419)；中央高校基本科研业务费专项资金(xji20100146)*通讯作者Tel：029—83399516E—mail：ygduan@mailxjtueduon引用榕式：DuanYG，YanXF，LiC，eta1．Effectofmate

7、rialandshapeofcompactionrolleronthevoidsandcompactionuniformityinfiberplacementprocessJ]ActaAeronauticaetAstronautica．2014，35(4)：¨73—1180．段玉岛，目晓丰季超，等压辊材料及形状对纤维镝放压紧效果的影响J_航空学报，2014．35(4)：1173一I180．航空学报仿真等方面的研究

8、1”；西安交通大学研制了基应能力，进而影响压紧力的分布均匀性及孔隙率于机器人的纤维铺丝样机口；北京航

9、空工艺研究的多少，因此压辊材料对纤维铺放质量有着十分所通过引进关键技术以发展自动铺丝技术。由于重要的影响。处于样机研制阶段，因此，压紧机构、重送机构等2压辊材料对压紧力均匀性及孔隙率的关键结构的设计原则及结构优化研究极少。为了影响提高样机的可靠性以及缩小与国外纤维铺丝装备间的差距，纤维铺放设备中关键结构的设计原则2．1压紧力均匀性测试平台及结构优化急需深入研究。针对上述现