Оптимизация технологического процесса автоклавного формования композитных авиационных конструкций сложной формы с предварительным исправлением их геометрии


DOI: 10.34759/trd-2021-116-12

Авторы

Дюков В. А.

Донской государственный технический университет, ДГТУ, площадь Гагарина, 1, Ростов-на-Дону, 344003, Россия

e-mail: d-victor-a@mail.ru

Аннотация

В работе приведены методы исправления геометрии тонкостенных композитных конструкций сложной формы, были построены топологически корректные модели препрега и формообразующей оснастки. Получение новых теоретических поверхностей препрега обеспечивалось рассечением граней исходных деталей параллельными или радиальными плоскостями и созданием поверхности по линиям пересечения данных плоскостей и связанных граней.

Моделям задавались теплофизические параметры препрега, производилось решение связанной задачи теплопередачи и полимеризации. В результате, были выбраны оптимальные температурные и временные режимы двухстадийного цикла автоклавного формования, которые обеспечивают достижение требуемого значения степени полимеризации препрега из углепластика, и минимизированы разбросы температуры и степени полимеризации связующего в полимеризуемом объеме.

Результаты симуляций процесса формования продемонстрировали существенную зависимость как средних значений температур и степени полимеризации препрега, так и их разброса в объеме препрега и формы, от характеристик технологического процесса и технологических ограничений.

Ключевые слова:

оптимизация технологического процесса, автоклавное формование, полимерные композитные материалы, CAD/CAE технологии

Библиографический список

  1. Bruce F. Kay. Sikorsky S-75 ACAP Helicopter, March 7, 2013, Copyright 2020 Sikorsky Archives. URL: https://www.sikorskyarchives.com/S-75%20ACAP.php

  2. Overcoming the barriers imposed by geometry, CIMdata Report, SpaceClaim Corp., Ann Arbor, MI, USA, 2011, 7 p.

  3. Ларионова А.А., Дудченко А.А., Сергеев В.Н. Проектирование узлов механических композитно-металлических соединений // Труды МАИ. 2016. № 90. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=74691

  4. Туранов Р.А., Пыхалов А.А. Анализ работы конструкции соединения типа «уховилка» с применением метода конечных элементов и решением контактной задачи теории упругости // Труды МАИ. 2019. № 104. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=102119

  5. Никольский А.А. Аэродинамическое проектирование вертолетных профилей методом решения обобщенной обратной задачи // Труды МАИ. 2016. № 88. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=70417

  6. Shevtsov S., Axenov V., Zhilyaev I., Wu J.K., Snezhina N. FEM model-based optimal control synthesis for curing a large composite structure with CAD imported geometry // MATEC Web of Conferences, 2017, vol. 130, pp. 07001 - 07009. DOI: 10.1051/matecconf/201713007001

  7. Axenov V., Tarasov I., Shevtsov S., Zhilyaev I., Flek M., Snezhina N. Optimal cure control synthesis for FEM model of aircraft composite part with CAD imported geometry // International Conference on Mechanical, System and Control Engineering (ICMSC), 2017. DOI:10.1109/ICMSC.2017.7959432

  8. Слюсарь Б.Н., Флек М.Б., Гольдберг Е.С., Рождественская Н.В., Шевцов С.Н. Технология вертолетостроения: Технология производства лопастей вертолетов и авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов. - Ростов-на-Дону: Южный научный центр РАН, 2013. - 230 с.

  9. Смотрова С.А., Наумов С.М., Смотров А.В. Технологии изготовления силовых агрегатов авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов. – М.: Техносфера, 2015. - 215 с.

  10. Shevtsov S., Zhilyaev I., Soloviev A., Parinov I., Dubrov V. Optimization of the Composite Cure Process Based on the Thermo-Kinetic Model // Advanced Materials Research, 2012, vol. 569, pp. 185 - 192. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.569.185

  11. Чигринец Е.Г., Верченко А.В. CAD/CAM/САЕ системы, OMW-технологии и нейросетевые алгоритмы анализа данных на предприятиях авиастроительной отрасли // Труды МАИ. 2019. № 104. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=102420

  12. Shevtsov S., Zhilyaev I., Wu J.K., Snezhina N. Model-based multiobjective optimization of cure process control for a large CFRP panel // Engineering Computations, 2018, vol. 35 (2), pp. 1085 - 1097. DOI:10.1108/EC-09-2017-0354

  13. Астапов В.Ю., Хорошко Л.Л., Афшари П., Хорошко А.Л. САПР при моделировании режимов технологических процессов производства элементов конструкций летательных аппаратов // Труды МАИ. 2016. № 87. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=69638

  14. Грищенко С.В. Расчет и проектирование изделий конструкции самолета из слоистых композитов с учетом межслоевых эффектов // Труды МАИ. 2015. № 84. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=63011

  15. Slusar B. Mould Heating Distribution Control System Simulation for Polymerization of a Composite Spar for Helicopter Main Rotor Blade, Femlab Conference, Stockholm, Sweden, 2005, pp. 237 - 244.

  16. Jiazhong X. Numerical Simulation Research on Curing Process of Composite Overwrap Considering a Die Model, Journal of reinforced plastics and composites, 2013, vol. 32, pp. 1393 - 1406. DOI: 10.1177/0731684413491328

  17. Um M.K., Daniel I.M., Hwang B.S. A Study of Cure Kinetics by the Use of Dynamic Scanning Calorimetry, Journal of Computer Science and Technology, 2002, vol. 62, pp. 29 - 40. DOI: 10.1016/S0266-3538(01)00188-9

  18. Shevtsov S., Zhaivoronskaia K., Tarasov I. Model Based Control Optimization for Curing the Shell-like Composite Structures in Autoclave Processing, 1st Annual International Conference on Structural Engineering and Mechanics, Athens, Greece, 2016. URL:https://www.researchgate.net/publication/303524919_Model_Based_Control_Optimization_for_Curing_the_Shell-like_Composite_Structures_in_Autoclave_Processing

  19. Liu X.L. et al. Heat transfer analysis and cure modelling of composite repairs for pipelines, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2014, vol. 33, pp. 586 - 597. DOI: 10.1177/0731684413514124

  20. Ding A., Li S., Sun J., Wang J., Zu L. A thermo-viscoelastic model of process-inducedresidual stresses in composite structures with considering thermal dependence, Composite Structures, 2016, vol. 136, pp. 34 - 43. DOI: 10.1016/j.compstruct.2015.09.014


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2020

Вход