[發(fā)明專利]一種非同步壓實復(fù)合材料構(gòu)件的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110355490.7
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113059825B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李迎光;何永喜;郝小忠;文友誼
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

一種非同步壓實復(fù)合材料構(gòu)件的方法，其特征是在復(fù)合材料構(gòu)件缺陷易發(fā)區(qū)域預(yù)置傳感器，固化過程中根據(jù)傳感器監(jiān)測到的壓實狀態(tài)信號為每個位置匹配穩(wěn)定壓實的壓力，逐個位置依次壓實構(gòu)件，消除復(fù)雜型面的復(fù)合材料構(gòu)件壓實過程中易于出現(xiàn)的架空分層、褶皺或者波紋等多種壓實缺陷，突破現(xiàn)有壓力成型中壓實構(gòu)件的技術(shù)瓶頸，提升復(fù)雜復(fù)材構(gòu)件的設(shè)計和制造極限。本發(fā)明具有操作簡便，壓實效果好等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料成型技術(shù)，尤其是復(fù)雜型面的復(fù)合材料構(gòu)件成型技術(shù)，具體地說是在固化過程中非同步壓實復(fù)合材料構(gòu)件消除架空和褶皺等壓實缺陷的方法。

背景技術(shù)

纖維增強樹脂基復(fù)合材料具有高比強度、高比模量、抗疲勞、耐腐蝕等優(yōu)異特性。經(jīng)過近40年的發(fā)展，復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空等領(lǐng)域，大大減輕飛機的結(jié)構(gòu)重量，縮短制造周期，從最初應(yīng)用于次承力構(gòu)件發(fā)展到應(yīng)用于機身隔框、機翼翼梁等大型主承力構(gòu)件。

現(xiàn)有壓力成型中，為保證構(gòu)件各位置壓實，固化前預(yù)設(shè)壓力曲線，固化過程中直接施加較大的氣體壓力壓實構(gòu)件。由于不同位置疊層滑移相互牽制，構(gòu)件部分位置疊層容易未壓實產(chǎn)生架空缺陷，部分位置滑移速度過快而產(chǎn)生褶皺缺陷，現(xiàn)有的壓實控制方法已難以實現(xiàn)復(fù)雜型面的復(fù)合材料構(gòu)件高品質(zhì)壓實。此外，疊層間摩擦因數(shù)受樹脂粘度、疊層滑移速度和疊層間樹脂層厚度等因素影響，在壓實過程中呈現(xiàn)時變性，使得構(gòu)件壓實過程難以控制。

發(fā)明人經(jīng)過悉心實驗和理論研究，發(fā)現(xiàn)復(fù)雜型面結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料構(gòu)件不同位置壓實速度不同，對于已經(jīng)壓實的位置施加更大的壓力不影響壓實質(zhì)量，進(jìn)而提出非同步壓實復(fù)合材料構(gòu)件的方法。通過監(jiān)測缺陷易發(fā)區(qū)域的壓實狀態(tài)為每個位置匹配穩(wěn)定壓實的壓力大小和壓實時間，從低到高依次施加各位置穩(wěn)定壓實的壓力，實現(xiàn)非同步壓實復(fù)合材料構(gòu)件，有效控制構(gòu)件壓實過程，消除層間架空和褶皺缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的復(fù)合材料構(gòu)件壓實控制方法難以實現(xiàn)復(fù)雜型面結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料構(gòu)件高品質(zhì)壓實的問題，發(fā)明非同步壓實復(fù)合材料構(gòu)件的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

非同步壓實復(fù)合材料構(gòu)件的方法，其特征在于：在復(fù)合材料構(gòu)件壓實缺陷易發(fā)區(qū)域預(yù)置1個及以上的傳感器收集復(fù)合材料不同位置壓實狀態(tài)，加壓過程中從低到高逐漸升高壓力，當(dāng)某個傳感器監(jiān)測到樹脂開始流動或疊層開始滑移，以當(dāng)前時刻壓力作為該位置穩(wěn)定壓實的壓力，保持壓力直至該位置被壓實，然后繼續(xù)升高壓力，確定下一個位置產(chǎn)生穩(wěn)定壓實的壓力，迭代該過程直至所有位置均被壓實。

復(fù)合材料在壓實過程中，當(dāng)施壓的壓力低于穩(wěn)定滑移的壓力時，疊層不能滑移，當(dāng)施加的壓力高于穩(wěn)定滑移的壓力時，滑移速度過快而引起滑移失穩(wěn)。本發(fā)明通過為每個缺陷易發(fā)位置在線匹配穩(wěn)定壓實的壓力，非同步壓實整個復(fù)合材料構(gòu)件。

由于層間滑移和層間的樹脂流動同時發(fā)生，局部位置是否壓實可以通過監(jiān)測該位置層間樹脂的流動狀態(tài)來判斷，存在樹脂流動表明未壓實，此處通過測量樹脂是否流動監(jiān)測復(fù)合材料壓實狀態(tài)。復(fù)雜型面的復(fù)合材料構(gòu)件在拐角區(qū)域和曲率半徑急劇變化的區(qū)域容易產(chǎn)生層間架空或褶皺等壓實缺陷，在復(fù)合材料預(yù)制體鋪層過程中將可監(jiān)測壓實狀態(tài)的傳感器放置在缺陷易發(fā)區(qū)域。

預(yù)制體表面放置好輔助材料后，對其抽真空，按照一定的溫度工藝開始加熱，在最優(yōu)的加壓時機開始緩慢升高壓力(如罐壓或者液體壓力)，當(dāng)某一個傳感器監(jiān)測到樹脂開始流動時，以當(dāng)前時刻的壓力作為第一個位置產(chǎn)生穩(wěn)定壓實的壓力，保持該壓力(或者小的壓力波動)直至該位置被壓實，即監(jiān)測到樹脂流動停止，穩(wěn)定壓實的壓力允許在±5％的誤差范圍內(nèi)波動。然后繼續(xù)升高壓力，當(dāng)其他傳感器監(jiān)測到樹脂開始流動，確定第二個位置穩(wěn)定壓實的壓力，保持該壓力，直至第二個位置被壓實，逐步迭代該過程直至所有區(qū)域被壓實。

若用k_i表示傳感器i的壓實狀態(tài)，k_i為1表示壓實，k_i為0表示未壓實。壓力控制信號u與前i個已壓實位置的傳感監(jiān)測狀態(tài)之間滿足以下邏輯關(guān)系：