航天材料与工艺可靠性技术
航天产品部件可靠性分析简介

航天产品部件可靠性分析简介第一篇:航天产品部件可靠性分析简介航天电连接器的可靠性分析电连接器及其组件是航天系统工程重要的配套接口元件,散布在各个系统和部位,负责着信号和能量的传输。
其连接好坏,直接关系到整个系统的安全可靠运行。
由电连接器互连组成各种电路,从高频到低频、从圆形到矩形、从通过上百安培的大电流连接器到通过微弱信号的高密度连接器、从普通印制板连接器到快速分离脱落等特种连接器,几乎所有类型品种的电连接器在航天系统工程中都得到了大量应用。
例如某型号地面设备就使用了各种电连接器400套。
任何一个电连接器接点失灵,都将导致航天器的发射和飞行失败。
战术导弹弹体内的导引头、战斗机、发动机、自动驾驶仪等关键部件,都是通过由电连接器为基础器件,使成百上千个接点的电缆网组成一个完整的武器互连系统,一个接点出现故障,即会导致整个武器系统的失效。
一、航天电连接器的可靠性分析电连接器的可靠性包括固有可靠性和使用可靠性两方面。
图1列出了影响电连接器可靠性的主要因素。
1.固有可靠性电连接器的固有可靠性一般是指电连接器制造完成时所具有的可靠性,它取决于电连接器的设计、工艺、制造、管理和原材料性能等诸多因素。
电连接器制作完成后,其失效模式和失效机理已固定,因此只有在可靠性设计的基础上,保证生产线上严格采取可靠性技术措施(如生产工艺的严格控制、生产环境条件的控制、各工序过程中的质量检测等),才能保证电连接器的固有可靠性。
(1)设计可靠性①合理选材选材是保证电连接器电性能和可靠性的重要前提,电连接器所用材料决定了工作温度上限,而起决定作用的是绝缘材料、环境密封电连接器所用的密封材料、胶粘材料、壳体和接触件所用材料等。
材料选用涉及连接器的力学、电气、环境等性能要求和材料本身的理化性能等。
其中材料热学性能(耐热温度、热导率、高温强度及热变形等)是设计必须考虑的主要因素。
电连接器绝缘体选用不同的绝缘材料,其绝缘耐压等电气性能也有明显差异。
航天器发射系统的可靠性分析与优化设计

航天器发射系统的可靠性分析与优化设计近年来,随着航天技术的不断发展,航天器发射系统的可靠性问题成为了研究的热点。
可靠性作为评估系统性能的重要指标,对于保证航天器的安全发射和任务成功具有重要意义。
本文将探讨航天器发射系统的可靠性分析与优化设计。
首先,航天器发射系统的可靠性分析是一个复杂的工程问题。
在设计航天器发射系统时,需要考虑到多个因素,包括发射载荷、燃料供应、通信链路、控制系统等。
每个子系统都可能存在故障的风险,因此需要进行全面的可靠性分析。
这可以通过故障模式与效应分析(FMEA)和故障树分析(FTA)等方法来实现。
通过对每个可能的故障模式进行分析,可以评估系统的可靠性,并找出潜在的故障源。
其次,针对分析中发现的潜在故障源,需要进行优化设计。
优化设计旨在提高系统的可靠性,并保证航天器能够安全发射。
在进行优化设计时,可以采用多个方法。
首先,可以通过增加冗余组件或子系统来提高系统的冗余度。
这样,即使某个组件出现故障,系统仍然可以正常运行。
其次,可以通过改进材料的选择和制造工艺来减少故障的发生概率。
例如,采用高强度材料可以提高系统的耐久性,减少故障的发生。
另外,使用先进的制造技术和工艺监控可以提高系统的可靠性。
另外,航天器发射系统的可靠性还需要考虑环境因素的影响。
在航天器发射过程中,面临着多种极端环境,如高温、高压、大气层等。
这些环境因素可能对航天器和系统的可靠性产生负面影响。
因此,需要在设计中考虑到这些因素,并采取相应的措施来提高系统的可靠性。
例如,可以使用绝缘材料或隔热层来防止热量损失,减轻系统的负荷。
同时,还需要在制造、测试和运输过程中加强质量控制,确保航天器发射系统能够在恶劣环境下正常工作。
最后,航天器发射系统的可靠性分析与优化设计还需要与项目管理相结合。
航天器发射是一个复杂的工程项目,需要在有限的时间和资源内完成。
因此,需要制定合理的项目计划和管理策略,确保项目的可靠性目标得以实现。
包括合理分配资源、制定详细的工作任务、建立有效的沟通机制等。
航空航天结构安全性与可靠性分析

航空航天结构安全性与可靠性分析航空航天工程是现代高科技的代表之一,它涉及到飞行器、导弹、卫星等多个领域,这些设备的结构安全性与可靠性对其运行效率、安全性和使用寿命有着决定性的影响。
本篇文章将围绕航空航天结构安全性与可靠性展开讨论,从结构安全性分析和可靠性分析两个角度进行探究,期望读者能对航空航天工程的结构安全性与可靠性有一个全面的了解。
结构安全性分析结构安全性是航空航天工程首要考虑的问题,不仅关系到工程的安全性,还关系到庞大的资金投入和人力物力,因而对结构的安全性进行全方位分析和评估至关重要。
1.结构强度分析结构强度是结构工程学中的基本概念,是针对结构受力状态下所需要承受的外矢力和内部受力分毫不爽的指标。
在航空航天结构设计中,强度分析就是确定结构受力状态和瞬时负载作用下的应力、变形和裂纹扩展等参数。
强度分析对工程的设计优化、外形结构设计和减重设计均有着至关重要的作用。
2. 材料特性分析材料的物理和机械特性对结构的强度、刚度和韧性等有着直接的影响。
航空航天工程需要在高温、高压、氧气稀薄环境中操作,抗疲劳、抗裂纹扩展等特性也是关键考虑因素。
因此,对于材料种类、材料强度、材料的物理性质和寿命等参数的分析必不可少。
3. 结构稳定性分析结构稳定性是一个结构在作用于其上的外部荷载下,不会出现整体的失稳现象。
在合适的条件下,结构应满足一定的稳定性要求,并具有足够的抗位移、抗扭曲和抗弯曲的能力。
稳定性分析主要是为了保证结构在正常使用过程中不会发生倾覆、塌陷等严重情况,确保机组成员和货物的安全。
可靠性分析航空航天工程一直以来都非常重视产品的可靠性,因为它关乎设备的使用寿命、安全性和使用效果。
可靠性分析是为了确定特定条件下产品的正常使用期间,工作状态能否符合要求以及故障的概率和发生时间,既要考虑各种不确定性因素的影响,又要提供科学的依据来对设备的可靠性进行保障。
1.运行环境分析环境对航空航天设备的使用寿命、存储寿命和可靠性都有很大的影响。
航天电装工艺及材料标准应和国际先进标准

航天电装工艺及材料标准应和国际先进标准航天电装工艺及材料标准是确保航天电装系统的可靠性和安全性的重要指导文件。
这些标准覆盖了航天器在设计、制造、装配、测试等各个环节的要求,旨在提高航天器的电装工艺水平,确保航天任务的顺利进行。
航天电装工艺标准的核心内容包括:1.电装系统的设计要求:包括电装装置和连接线路的设计准则,确保电装系统满足航天器功能和性能要求。
2.电装系统的制造工艺:明确电装工艺流程和操作规范,确保制造过程中的可靠性和质量控制。
3.电装系统的装配要求:包括电装设备的组装和布线要求,确保系统在航天器上的正确安装和互联。
4.电装系统的测试验证:明确测试方法和要求,确保系统在航天器上的正确功能和性能。
航天电装材料标准的核心内容包括:1.电装材料的选用要求:要求使用高可靠性、耐高温、耐辐射等特殊工况下可靠运行的电装材料。
2.电装材料的质量要求:要求材料符合国家相关标准,并且能够满足长期在太空环境下的使用要求。
3.电装材料的标识要求:要求在材料上清晰标识材料的型号、规格、批号等信息,以便追溯和质量控制。
与国际先进标准的对齐是航天电装工艺及材料标准制定的重要目标。
国际先进标准在航天电装领域通常更先进和严格,参考国际先进标准能够帮助国内工艺及材料标准与国际接轨,并提高国内产品的竞争力。
因此,在制定和修订航天电装工艺及材料标准时,应参考和借鉴国际先进标准的要求和经验,与国际标准保持一致性。
同时,航天电装工艺及材料标准的制定应注重创新和发展。
随着航天技术的不断发展,电装工艺和材料也在不断进步,为了适应新的需求和技术要求,我们需要不断推陈出新,提升标准的先进性和前瞻性。
总之,航天电装工艺及材料标准是保障航天器电装系统可靠性和安全性的重要依据。
不仅需要与国际先进标准对齐,还需要注重创新和发展,以适应航天技术的不断进步和变化。
只有如此,我们才能确保航天任务的成功完成。
航天电装工艺及材料标准在航天器设计、制造和运行中起着至关重要的作用。
航空航天领域中的航天器可靠性与安全性研究

航空航天领域中的航天器可靠性与安全性研究航空航天领域中的航天器可靠性与安全性研究是保障航天器在运行过程中不发生故障和事故,确保乘员和设备安全的重要课题。
航天器可靠性与安全性研究涵盖了多个方面,包括航天器的设计、制造、测试、维修以及操作等各个环节。
本文将从航天器可靠性与安全性研究的意义、主要内容以及相关挑战三个方面进行论述。
一、航天器可靠性与安全性研究的意义航天器可靠性与安全性研究在航空航天领域具有重要意义。
首先,航天器处于极其复杂、恶劣的环境中,面临各种极端条件的考验,因此其可靠性和安全性要求极高。
只有确保航天器设备的可靠性和安全性,才能有效避免事故的发生,保护乘员的生命安全和财产安全。
其次,航天器的可靠性与安全性研究是航空航天领域发展的基础和支撑,为航天器的设计、制造、运行等各个环节提供了科学依据和技术支持。
此外,航天器的可靠性与安全性研究也对于提高国家航空航天事业的核心竞争力具有重要意义。
二、航天器可靠性与安全性研究的主要内容1. 航天器设计与制造航天器设计与制造是航天器可靠性与安全性研究的首要环节。
在设计过程中,应考虑各种环境条件和工作状态对航天器的影响,采用合适的工艺和材料,确保航天器的结构和组件具有足够的强度和稳定性。
在制造过程中,需要严格执行设计要求,保证零部件的精度和质量,避免因制造工艺不合理而导致的隐患。
2. 航天器测试与验证航天器测试与验证是评估航天器可靠性和安全性的重要手段。
通过对航天器进行各项试验和验证,可以检验航天器的性能指标是否符合要求,发现潜在问题并进行改进。
测试与验证的内容包括结构强度测试、环境适应性测试、系统可靠性测试等多个方面,旨在确保航天器在各种工况下的可靠性和安全性。
3. 航天器维护与修复航天器维护与修复是保障航天器可靠性和安全性的重要环节。
在航天器运行过程中,需要进行定期的维护和检修,及时发现并处理航天器中的故障和损伤。
维护与修复包括航天器结构、动力系统、导航系统等多个方面,需要专业人员进行操作,并使用合适的设备和工具。
航空航天工艺规范

航空航天工艺规范航空航天是现代工业中技术含量最高、最具挑战性的领域之一。
为了确保航空航天产品的质量和安全性,航空航天工业制定了一系列的工艺规范。
本文将会介绍航空航天工艺规范的相关内容。
一、材料选用与检验航空航天工业对材料的选用和检验要求非常严格。
首先,材料必须满足强度、刚度等力学性能要求,并符合一系列化学成分和物理性能的标准。
其次,材料必须经过严格的非破坏性检测和金相分析等检验,以确保材料的质量和可靠性。
二、机构设计和装配航空航天产品的机构设计和装配是十分重要的环节。
航空航天工艺规范要求对机构的结构、尺寸、形状等进行合理设计,并进行相应的强度和刚度分析。
在装配过程中,必须严格按照规范的要求进行,确保各个零部件的准确配合和装配质量。
三、表面处理和涂装航空航天产品具有极高的表面要求,因此在制造过程中,表面处理和涂装工艺起着至关重要的作用。
工艺规范要求对材料表面进行除锈、除油、喷丸处理等工艺,以确保表面的光洁度和质量。
同时,涂装工艺也要求使用具有耐腐蚀、耐高温和高粘度的涂料,以提高航空航天产品的使用寿命。
四、焊接和连接焊接和连接是航空航天产品制造中不可或缺的工艺环节。
工艺规范要求对焊接材料和焊接技术进行严格的选择和评估,并采取必要的焊接措施,以确保焊接接头的强度、密封性和可靠性。
同时,航空航天产品还需要进行螺栓连接、胶粘剂连接等其他连接方式,也要按照规范进行。
五、加工和制造过程控制航空航天产品的加工和制造过程控制是保证产品质量的关键。
工艺规范要求建立完善的质量管理体系,对工艺过程进行严格控制,包括材料加工、加工参数控制、产品加热处理等环节,以确保航空航天产品的一致性和稳定性。
六、质量检测和验证质量检测和验证是航空航天产品交付前的最后一道关口。
工艺规范要求使用多种检测手段对产品进行全面、准确的检验,包括无损检测、尺寸检测、力学性能检测等。
同时,还要进行环境适应性测试、振动测试、高温试验等验证,以确保产品在各种复杂工作环境下的可靠性和安全性。
航天器的材料与工艺技术

航天器的材料与工艺技术航天器是人类探索宇宙、开展太空探索的重要工具。
在航天器的设计与制造中,材料与工艺技术起着至关重要的作用。
本文将探讨航天器所采用的材料类型与特点,以及相关的工艺技术。
一、材料类型与特点航天器所采用的材料分为金属材料、复合材料以及其他特殊材料。
1. 金属材料金属材料是航天器中最常用的一类材料,其特点为高强度、高刚度和良好的导热性。
常用的金属材料包括铝合金、钛合金和不锈钢等。
铝合金具有重量轻、强度高、可塑性好等特点,被广泛应用于航天器的结构件制造中。
钛合金具有优良的强度、刚度和耐腐蚀性能,常用于航天器的耐热结构和发动机零部件制造。
不锈钢则主要用于航天器的耐高温结构,具有良好的抗氧化性能和耐热性。
2. 复合材料复合材料由两种或两种以上的不同材料组合而成,具有较高的强度和刚度,同时重量轻、耐腐蚀、耐磨损等特点。
航天器中常用的复合材料包括碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料。
碳纤维复合材料具有重量轻、高强度和刚度的特点,因此广泛应用于航天器的结构部件制造中。
玻璃纤维复合材料则主要用于航天器的绝热和隔热层,具有良好的绝热性能和热稳定性。
3. 其他特殊材料除了金属材料和复合材料外,航天器还会采用其他特殊材料,如陶瓷材料、特殊聚合物等。
陶瓷材料具有良好的耐磨损、耐高温和耐腐蚀性能,常用于航天器的热防护和摩擦副部件制造。
特殊聚合物则主要用于航天器的密封件和绝缘材料,具有优良的耐高温和抗辐射性能。
二、工艺技术航天器制造过程中涉及到的工艺技术十分复杂,包括结构设计、成型加工、表面处理和装配等。
1. 结构设计航天器的结构设计需考虑载荷、环境和使用寿命等因素,以确保其安全可靠。
设计过程中,需要采用合理的材料选择和优化的结构形式,以满足各项要求。
2. 成型加工航天器的成型加工主要包括铸造、锻造、拉伸和冲压等工艺。
金属材料可通过热加工或冷加工进行成型,而复合材料则需采用复杂的层叠和压制工艺来实现。
3. 表面处理航天器的表面处理旨在提高材料表面的耐腐蚀性、耐磨损性和附着性等。
航空航天材料及结构的可靠性分析与优化

航空航天材料及结构的可靠性分析与优化航空航天工程的可靠性分析与优化是确保飞行器在运行过程中稳定安全的重要环节。
材料与结构的可靠性直接关系到飞行器的性能、寿命和使用安全。
因此,为了确保飞行器的可靠性,对航空航天材料与结构进行分析与优化是不可或缺的。
一、可靠性分析航空航天材料与结构的可靠性主要分为两个方面的分析:寿命预测和失效分析。
寿命预测是通过对材料与结构的性能、质量、工艺等进行综合分析,来预测其使用期限和失效机制。
寿命预测可以通过实验测试和数学模型来实现。
实验测试可以通过对材料和结构进行应力、温度、湿度等特定条件下的试验,来研究其长期使用的寿命。
数学模型则可以利用材料力学和应力分析等相关理论,通过对材料和结构的性能参数进行计算和分析,来模拟其使用寿命。
通过寿命预测,可以及早发现材料和结构的问题,并采取相应的措施进行加固、修复或更换,提高飞行器的可靠性。
失效分析是对材料与结构的失效原因、失效机制和失效过程进行深入研究和分析,以找出失效的根本原因,并采取相应的措施进行改进。
失效分析可以通过实验观察、理论分析和数值模拟等方法来实现。
实验观察可以通过对失效样品进行显微镜观察、断口分析、化学分析等手段,来确定失效原因和失效机制,从而找到改进的方向。
理论分析和数值模拟则可以利用力学、热学、电学等相关理论,通过建立数学模型和求解方程组,来分析材料和结构的失效机制,并进一步改进设计和工艺。
二、可靠性优化可靠性优化是在分析基础上,通过改进材料和结构的设计、选择优化工艺、加强质量控制等方式,提高材料和结构的可靠性。
可靠性优化可以通过以下几个方面来实现。
首先,通过优化设计和选择合适的材料,减少内部应力和缺陷,提高材料的强度和韧性。
设计优化可以通过改进材料的几何形状、选择合理的结构参数、优化应力分布等方式实现。
同时,在选择材料时,要考虑其机械性能、耐热性、耐腐蚀性等因素,以确保材料的可靠性。
其次,通过优化工艺,减少制造过程中的缺陷和质量问题。
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2016年春季学期研究生课程考核(读书报告、研究报告)考核科目:航天材料与工艺可靠性技术:机电学院学生所在院(系)学生所在学科:机械电子工程学生姓名:陈婷学号:15S D08382学生类别:代培(学术)考核结果阅卷人航天材料与工艺可靠性技术——航天复合材料制造技术与工艺进展摘要复合材料结构制造工艺是复合材料应用的关键,也是结构设计得以实现的关键。
复合材料制造工艺的特殊性和复杂性,使其成为了结构可靠性、制件质量和成本控制的核心技术。
近些年来,随着先进复合材料在航空航天领域的广泛应用,复合材料制造技术与工艺理论得到了很大发展。
本文即围绕飞行器结构用复合材料,归纳作者掌握的资料,结合作者近期研究成果,介绍先进复合材料制造技术与工艺理论的国内外研究进展,阐述复合材料工艺质量控制的主要方法,展望复合材料制造新技术的未来发展方向,以期促进我国航空航天领域复合材料用量与应用水平快速提高。
关键词飞行器结构;复合材料;制造技术;工艺质量0 引言航天产品轻质化、小型化、功能化、高可靠性要求的发展趋势,对复合材料产品研制过程中的新技术、新工艺进行研究显得非常重要。
近年来,随着计算机和精益管理技术的飞速发展,越来越多的企业将数字化设计与集成产品开发模式运用到复合材料的设计中,如波音公司在787 项目中将复合材料设计工艺数字化集成技术应用到设计、制造整个过程,效果非常显著;空客集团的A350、庞巴迪公司C系列飞机均大量应用复合材料数字化产品设计工艺集成研制技术,大幅度提高了研制效率。
这些案例表明,借鉴国外已有先进经验,研究航天复合材料产品数字化集成技术并进行探索应用,对构建复合材料全数字化生产线、实现航天器复合材料结构高效高质研制具有重要意义。
众所周知,对于飞行器复合材料结构,制造技术非常关键,不仅决定产品质量而且左右制造成本。
与金属材料截然不同,复合材料的材料成型与结构成型是同时完成的,因此复合材料的结构性能对制造工艺敏感,材料的最终性能也是通过制造过程被赋予到结构,制造过程的控制影响着复合材料结构的质量,复合材料制造工艺自身的复杂性和对外界环境的敏感性,使得一旦工艺某环节不合理,复合材料制件将产生缺陷和尺寸偏差,严重影响其性能、使用寿命和装配性,甚至导致制件报废。
另一方面,飞行器复合材料结构的制造成本一般要占到总成本的70%以上,可见制造技术在很大程度上决定着复合材料的成本。
可以说,制造工艺是复合材料应用的关键,也是结构设计得以实现的关键。
为此,世界各国对航空航天领域用复合材料结构制造技术都极其重视,给予了很多大型项目计划支持,使复合材料结构制造技术与工艺理论取得突破性进展。
本文即根据作者掌握的资料,结合作者团队相关研究成果,对飞行器结构用先进树脂基复合材料制造技术与工艺理论研究进展情况分5个方面阐述:①数字化与自动化制造技术;②新型低成本制造技术;③复合工艺理论与制造模拟;④成型工艺质量控制方法;⑤复合材料制造新技术展望。
1 数字化与自动化制造技术除固体火箭发动机壳体、压力容器等回转体结构以缠绕工艺制造为主外,对于飞行器重要复合材料结构主要还是以热压罐工艺生产,并围绕该工艺出现了各种整体化成型技术和自动化制造技术。
[1]1.1 数字化制造技术数字化制造是当今世界制造业发展的趋势,近年来,数字化以其柔性好、响应快、质量高、成本低,正逐渐成为先进制造技术的核心[2]。
在传统的复合材料研制模式中,设计、分析及制造之间的数据是通过模拟量传递,构件质量在很大程度上依赖于工人的经验和熟练程度。
而通过在复合材料构件研制过程中引入数字化技术,可以保证设计、分析、制造数据源的唯一,做到复合材料CAD/CAE/CAM一体化,便于数字量传递,减少研制时间,加快研制进度。
复合材料构件数字化制造过程涉及到的技术主要包括:可制造性分析、复合材料构件铺层展开、模具和夹具的快速设计、模架的选型及快速设计、工装零组件的快速装配技术、铺层排样技术、数控下料技术、激光定位技术、成型工艺的仿真及优化技术、工程数据管理系统、数据传递接口技术等[3]。
中国中航工业集团针对某机型复合材料制件的生产,建立了中国首个航空复合材料制件的数字化技术生产系统,依托数字化技术和数据库系统的支撑,通过数据库与生产线的数据交换接口系统,实现数据库与数字化生产线对接,将产品结构设计、车间MES系统、工装设计生产、固化成型、无损检测、装配等实现数字化,并将各环节的软件接口进行对接,打通了复合材料制件数字化制造过程,起到提高产品质量、缩短研制周期,进一步减轻结构质量的目的。
在中国民用飞机研制中也将复合材料构件设计制造技术与数字化技术相结合,以实现复合材料构件设计与制造各环节数字化、数据流畅通和复合材料构件在并行工作模式下的设计、工艺、制造、检测全过程的集成,促进飞机复合材料构件的大面积使用和降低制造成本。
1.2 自动化制造技术采用预浸料/热压罐工艺制备复合材料结构,首先需要按设计要求将一定尺寸、形状、数量的预浸料在模具上铺叠成层合结构的坯料,然后再将其放入热压罐中固化。
预浸料坯料,即预浸料预成型体的制备是整个制造过程中周期最长、劳动强度最大的工艺环节,也是决定复合材料制造质量的关键。
传统的预浸料/热压罐工艺采用下料、人工铺贴、预压实的方式进行预浸料预成型体的制备,存在时间长、成本高、工艺质量不易控制、大型制件难以制造等问题。
因此如何实现预浸料预成型体的机械化、自动化制造成为了复合材料结构低成本高品质制造技术的核心,近些年涌现出自动铺放技术、热隔膜技术、机械变形成型技术等,在极大提高生产效率的同时,保证了成型质量的稳定性。
易于实现大面积整体成型是复合材料制造的显著特点之一,对于飞行器结构而言,大面积整体成型复合材料在满足结构总体性能要求的前提下,可以大幅减少零件与紧固件数目,从而减轻结构质量、降低成本,特别是装配成本,这是美国CAI计划解决的主要关键技术之一。
2 成型工艺质量控制方法先进复合材料的成型固化是在一定压力和加热条件下完成的,该过程是非常复杂且难以直接观察,涉及到了热量传递、固化反应、树脂流动、纤维密实、气泡的形成、生长及迁移等多种物理、化学及其耦合变化。
不同的树脂体系和纤维增强体的物理和化学特性不同,造成成型固化过程有明显差异,这些因素与工艺参数、模具方案、产品结构等交织在一起。
同时航空航天结构高昂的制造成本,要求保证高的成品率,这使得工艺质量的控制成为了复杂而又核心的技术。
复合材料工艺质量控制技术包含工程技术和科学研究两个方面,前者往往在产品生产中起决定作用,而后者往往在产品研制中有重要地位。
2.1 工程技术规范与数据库航空航天工业已充分认识到复合材料结构这一特点,并在积木式设计验证程序中对材料与工艺控制进行鉴定,建立材料规范和工艺规范,保证能生产出可重现且可靠的结构。
例如FAA制定出版了预浸料和复合材料规范及工艺规范编制指南,加快了复合材料结构研制与适航审定进度,降低了成本,保证了工艺质量。
复合材料工艺规范中,对相应产品所涉及的所有制造因素都进行了明确规定,如适用范围、引用文件、材料要求、设备和设施要求、人员要求、工装要求、制造要求(铺层、预压实、真空袋封装、温度监测、固化、胶接、脱模、工装)、验收标准等。
材料规范和工艺规范制定过程中,数据库是其必不可少的依据,数据库应包含原材料、中间材料、芯材、复合材料等物理、化学、工艺、力学等性能,这些数据的准确性、可靠性需要有足够的实验批次、合理的实验矩阵、先进的测试标准规范、严格的检测工作质量管理体系作为保障。
中航工业集团公司针对中国航空用材料体系,建立了复合材料工程数据库,覆盖了目前中国航空工业的主要材料牌号,并研究了数据库的管理和应用技术。
高航等归纳总结了复合材料典型构件加工特征,在此基础上构建了复合材料典型特征加工工艺数据库,利用该数据库可以将复合材料的相关加工工艺信息进行合理分类存储,便于用户进行检索。
从目前工艺规范和数据库的应用看,建立统一的技术规范标准,构建复合材料结构设计/制造/评价共享数据库是促进复合材料工业快速发展的重要措施。
2.2 复合材料制造装备制造装备无疑是复合材料制造的基础,也是显示制造技术水平的重要标志。
实现自动化制造和高精度制造是复合材料制造装备发展的主要目的。
自动铺带和自动铺丝替代手工铺层的方式,可以大幅提高生产效率,降低手工操作的不确定性,保证了产品的质量稳定性。
但是根据产品结构和尺寸的不同,它们各有适用的范围。
当制件的结构较为简单,如机翼蒙皮,则采用自动铺带生产效率最高,当制件的结构十分复杂时,如机身,则采用自动铺丝生产效率最高,而手工铺层可以适用于各种结构的制件,但其效率最低,且对制件有最大尺寸的限制。
与手工铺层相比,自动铺带和自动铺丝对预浸料的黏性有更高要求,若黏性不满足要求,则铺叠质量无法保证。
由于预浸料黏性与树脂、纤维、预浸料尺寸等多种因素有关,尚没有统一的黏性定量测试方法,因此国内外学者对预浸料黏性的表征开展了研究。
此外,自动铺放工艺对预浸料的质量稳定性和尺寸均匀性控制的要求也更高。
由此可见,先进制造装备能够真正在控制工艺质量方面显示出应有效果,材料技术的匹配至关重要。
在大型飞机和航天器上,部分关键复合材料产品具有大尺寸、大曲率复杂外形和装配精度要求高的特点,而成型工装的设计、材料、制造技术是关键。
以航空工业为例,复合材料成型模具历经了铝合金/低碳钢材料、玻璃/碳纤维复合材料、Invar钢材料为代表的3代工装材料解决方案。
2.3 工艺数据统计分析复合材料制造缺陷是工艺质量控制的核心,而制造缺陷的形成原因复杂,且随机性强,若采用实验的方法则实验量大、费时,且只能得到工艺条件与制造缺陷之间的表象联系,得到的经验也难以直接用于新材料和新结构的设计与制造。
由于复合材料结构大量用于航空航天飞行器,已经积累了大量的工艺数据,如各种结构的无损检测数据。
若能够采用统计学的方法对这些数据进行分析,则有可能定量研究各种工艺因素与制造缺陷的关联,建立相关的统计模型,并梳理出缺陷形成和消除的主控因素,从而为工艺质量控制提供依据。
3 复合材料制造新技术展望随着科学技术发展,复合材料结构制造新技术必然会不断涌现。
未来复合材料制造新技术的发展可以从3个方面加以关注:①已有制造技术的深化与优化;②适合新兴复合材料的制备技术研发,如连续碳纳米管增强复合材料和高含量石墨烯复合材料制备技术;③复合材料结构智能制造与智能车间,这是先进复合材料结构制造工艺具有革命性的进步与挑战。
所谓复合材料智能制造是将人工智能融进复合材料制造过程的各个环节,通过模拟专家的智能活动,对制造过程的物理、化学行为进行分析、判断、推理、构思、决策,自动实时监测复合材料成型过程任意位置的状态,并通过专家系统自动调整其工艺参数,以实现复合材料成型质量最佳状态的制造。