程塑料应用 2009年,第37卷,第10期 拟制造技术方面的力量,实验室于2006年和ESI公司建立4结语 了复合材料仿真技术联合实验室( LAC-ESPATE复合材料仿 先进复合材料在航空器上的用量已成为衡量其先进性 真技术中心),推进数字化虛拟制造技术在航空复合材料领和市场竞争力的重要标志之一。笔者综述了国外先进航空 域的应用。 复合材料在民用机和军用机上的用量、材料体系、成型工艺 以RM制备船用全复合材料推进螺旋桨的虚拟设计和等方面的进展,指出了先进复合材料在航空领域发展的高韧 实验为例,其数字化虚拟制造过程的流程见图13。先进复性化、低成本、整体化制造及数字化虚拟制造等方向和趋势 合材料国防科技重点实验室采用RM软件和有限元方法,简要报告了先进复合材料国防科技重点实验室在以上方向 对液态复合材料注射成型的工艺过程进行仿真设计。首先上的创新性研究进展 以螺旋桨桨叶的外形几何数据为基础,生成几何模型及数控 参考文献 加工文件,然后根据应力分析结果选择织物确定复合材料1关志东现代大型客机复合材料应用及技术发展[C]/杜善 构件纤维体积含量。在不同厚度处不同的铺层由各处曲面 义.第十五届复合材料学术会议论文集哈尔滨,2008:8-12 展开得来,复合材料制件铺层开片、下料和铺贴的数字化工[2]李晓红.大视野,2008(5):21-28 具包括 SysPly、 Fibers、 FAM-RIM等软件。将这些铺层开3]陈绍杰航空制造技术,2008(15):32-37 片在定型模具内逐层铺贴、固定,借助合适的定型剂进行施4]沈军等玻璃钢合材料,20065):4854 工,并进行真空袋定型预制,就得到干态近净型的船用螺旋5]颜鸣皋等航空制造技术,00(12):19 桨桨叶预制件。根据初步确定的RM模具,这个桨叶预制 6]梁滨材料导报,2009,4(4):77-80 件的RM工艺过程可以在CAE环境下进行。 7]益小苏等航空制造技术,2008(14):34-39 [8]陈利平等.中国制造业信息化,2009,38(5):43-48 虚拟设计 虚拟样机 团科 10]韩克岑等航空制造技术,2006(1):50 分 1]安学锋基于复相体系的层状化增韧复合材料研究[D]杭 团料但 力分相 州:渐江大学,2004 分 12]程群峰.双马来酰亚胺树脂基复合材料的离位增韧研究 ]杭州:浙江大学,2007 13]益小苏.先进复合材料技术研究与发展[M]北京:国防工业 仅化 出版社,2006 可体分 4]吴平等洪都科技,2008(4):18-25 图13数字化虚拟制造流程图 151益小苏 在RM模具和工艺虚拟设计和优化的基础上,将真实161益小苏先进树脂转移模塑树脂基复合材料技术研究进展 的桨叶预制件放入真实的RM模具,即可进行RM注胶工 [C]∥杜善义第十五届复合材料学术会议论文集哈尔滨 艺试验。在模型桨叶试验的基础上重点实验室进行了放大 2008:13-18 制备成功我国第一个1】船用大型全复合材料推进螺旋桨 17]张明,等.材料工程,2005,265(6):50-53 见图14 18]安学锋等航空制造技术,2008(15):90·91 19]安学锋,等.液态成型用增韧-预定型双功能增强织物研究 C]∥杜善义第十五届复合材料学术会议论文集.哈尔滨 2008:483-486 [20]益小苏,等.一种水溶性模芯的制备方法:中国,101229574 [P]2007-12-29 [21 Wang L ing Perfomance and ae nspace applicatons of watersohr ble toling materials[C) Shanghai: SAMPE, 200& 图14全尺寸复合材料推进螺旋桨 DEVELOMMENT AND APPL ICATIONOF AD VANCED AERONAUTICAL POLYMER MATRIX COM POSITES National Key Laboratory of Advanced Camposites, Beijing Institute of Aeonautical Materals, AV C, Beijing 100095, China) ABSTRACT The oversea devebpment and app licaton of the advanced polymer matrix camposites was firstly summarized Sev- eral further research directons of the aeronautical composites were put foward based on the above introduction Subsequently the devel- opment and app lication on the forward research directon of the Natonal Key laboratory of Advanced Camposites was briefly intro- KEYWORDS polymermatrix composites, high bughness, bw"cost techno bgy, integrated manufacture, digital technobgy 91994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net拟制造技术方面的力量 ,实验室于 2006年和 ESI公司建立 了复合材料仿真技术联合实验室 (LAC2ESI2ATE复合材料仿 真技术中心 ) ,推进数字化虚拟制造技术在航空复合材料领 域的应用。 以 RTM制备船用全复合材料推进螺旋桨的虚拟设计和 实验为例 ,其数字化虚拟制造过程的流程见图 13。先进复 合材料国防科技重点实验室采用 RTM软件和有限元方法 , 对液态复合材料注射成型的工艺过程进行仿真设计。首先 以螺旋桨桨叶的外形几何数据为基础 ,生成几何模型及数控 加工文件 ,然后根据应力分析结果选择织物 ,确定复合材料 构件纤维体积含量。在不同厚度处不同的铺层由各处曲面 展开得来 ,复合材料制件铺层开片、下料和铺贴的数字化工 具包括 SysPly、FiberSim、FAM2RTM 等软件。将这些铺层开 片在定型模具内逐层铺贴、固定 ,借助合适的定型剂进行施 工 ,并进行真空袋定型预制 ,就得到干态、近净型的船用螺旋 桨桨叶预制件。根据初步确定的 RTM 模具 ,这个桨叶预制 件的 RTM工艺过程可以在 CAE环境下进行。 图 13 数字化虚拟制造流程图 在 RTM模具和工艺虚拟设计和优化的基础上 ,将真实 的桨叶预制件放入真实的 RTM模具 ,即可进行 RTM注胶工 艺试验。在模型桨叶试验的基础上重点实验室进行了放大 , 制备成功我国第一个 1∶1船用大型全复合材料推进螺旋桨 , 见图 14。 图 14 全尺寸复合材料推进螺旋桨 4 结语 先进复合材料在航空器上的用量已成为衡量其先进性 和市场竞争力的重要标志之一。笔者综述了国外先进航空 复合材料在民用机和军用机上的用量、材料体系、成型工艺 等方面的进展 ,指出了先进复合材料在航空领域发展的高韧 性化、低成本、整体化制造及数字化虚拟制造等方向和趋势 , 简要报告了先进复合材料国防科技重点实验室在以上方向 上的创新性研究进展。 参 考 文 献 [ 1 ] 关志东. 现代大型客机复合材料应用及技术发展 [ C ] ∥杜善 义. 第十五届复合材料学术会议论文集. 哈尔滨 , 2008: 8 - 12. [ 2 ] 李晓红. 大视野 , 2008 (5) : 21 - 28. [ 3 ] 陈绍杰. 航空制造技术 , 2008 (15) : 32 - 37. [ 4 ] 沈军 ,等. 玻璃钢 /复合材料 , 2006 (5) : 48 - 54. [ 5 ] 颜鸣皋 ,等. 航空制造技术 , 2003 (12) : 19 - 25. [ 6 ] 梁滨. 材料导报 , 2009, 4 (4) : 77 - 80. [ 7 ] 益小苏 ,等. 航空制造技术 , 2008 (14) : 34 - 39. [ 8 ] 陈利平 ,等. 中国制造业信息化 , 2009, 38 (5) : 43 - 48. [ 9 ] 张丽华 ,等. 北京航空航天大学学报 , 2008, 34 (7) : 807 - 811. [ 10 ] 韩克岑 ,等. 航空制造技术 , 2006 (1) : 50 - 52. [ 11 ] 安学锋. 基于复相体系的层状化增韧复合材料研究 [D ]. 杭 州 :浙江大学 , 2004. [ 12 ] 程群峰. 双马来酰亚胺树脂基复合材料的离位增韧研究 [D ]. 杭州 :浙江大学 , 2007. [ 13 ] 益小苏. 先进复合材料技术研究与发展 [M ]. 北京 :国防工业 出版社 , 2006. [ 14 ] 吴平 ,等. 洪都科技 , 2008 (4) : 18 - 25. [ 15 ] 益小苏 ,等. 科技导报 , 2008, 26 (6) : 84 - 92. [ 16 ] 益小苏. 先进树脂转移模塑树脂基复合材料技术研究进展 [C ]∥杜善义. 第十五届复合材料学术会议论文集. 哈尔滨 , 2008: 13 - 18. [ 17 ] 张明 ,等. 材料工程 , 2005, 265 (6) : 50 - 53. [ 18 ] 安学锋 ,等. 航空制造技术 , 2008 (15) : 90 - 91. [ 19 ] 安学锋 ,等. 液态成型用增韧 - 预定型双功能增强织物研究 [C ]∥杜善义. 第十五届复合材料学术会议论文集. 哈尔滨 , 2008: 483 - 486. [ 20 ] 益小苏 ,等. 一种水溶性模芯的制备方法 :中国 , 101229574 [ P ]. 2007212229. [ 21 ] WangLing. Performance and aerospace app lications ofwater2solu2 ble tooling materials[ C ]. Shanghai: SAMPE, 2008. D EVELOPM ENT AND APPL ICATION O F AD VANCED AERONAUTICAL POLYM ER M ATR IX COM POSITES Yi Xiaosu, ZhangM ing, An Xuefeng, Liu L ipeng (National Key Laboratory of Advanced Composites, Beijing Institute of AeronauticalMaterials, AV IC, Beijing 100095, China) ABSTRACT The oversea development and app lication of the advanced polymermatrix composites was firstly summarized. Sev2 eral further research directions of the aeronautical compositeswere put forward based on the above introduction. Subsequently the devel2 opment and app lication on the forward research direction of the National Key Laboratory of Advanced Composites was briefly intro2 duced. KEYWORD S polymer2matrix composites, high toughness, low2cost technology, integrated manufacture, digital technology 76 工程塑料应用 2009年 ,第 37卷 ,第 10期