1、1附件 12016 年国家商用飞机制造工程技术研究中心创新基金项目详细介绍一、复合材料结构制造领域1.双侧硬模加压对零件内部压力大小及均匀性影响研究研究目标：针对工字型结构双侧硬模加压的热压罐工艺，采用在线监测、数值模拟等手段研究成型过程罐压-工装-零件的传压行为，揭示工艺条件、模具形式、零件尺寸等对复合材料内部压力大小及均匀性的影响规律，掌握成型过程中零件内部压力分布的主控因素及可控范围，并完成在典型构件上的验证，为该制造方案在航空复合材料构件上的应用奠定理论及技术基础。研究内容：1.研究热压罐成型过程中罐压-模具-复合材料压力传递行为，分析双侧硬模加压过程中预浸料铺层受压情况及其与单侧硬模
2、打真空袋方式的异同，采用复合材料内部信息在线监测等工艺试验，研究工艺条件（温度、压力）、模具形式（模具形状、材质）、零件尺寸（厚度、变厚梯度）等因素对成型过程中压力传递、热传递及最终工艺质量的影响。2.建立工字型结构双侧硬模加压的工艺模型和计算机模2拟方法，研究传压过程及复合材料内部压力分布对工艺条件、模具形式、零件尺寸等因素的敏感性，并与工艺试验结果对比，评价模拟结果的可靠性和适用范围，在此基础上根据不同的传压效果要求，提出相应的工艺窗口，分析复合材料内部压力的可控性。3.针对典型的工字型构件,采用所建立的数值模拟方法分析双侧硬模加压方案中工艺条件、封装方式、模具方案的合理性，并通过热压罐工
3、艺复合材料内部压力在线测试等结果，研究理论状态与工装精度、材料厚度在可允许的最大偏差状态下的复合材料内部压力分布情况，验证受压状态与工艺规范要求的匹配性，从而评价该加压方案的适用性。预期成果：（1）“双 侧硬模加 压对 零件内部压力大小及均匀性影响研究” 研究 报 告 1 份；（2）国家发明专利 1-2 项；（3）高水平学术论文 2-3 篇。32.连续纤维增强热塑性复合材料非热压罐工艺适用性研究研究目标：针对连续纤维/聚苯硫醚（PPS ）及聚醚醚酮（PEEK）热塑性预浸料制备的复合材料层合结构，研究热压罐工艺和逐层热压工艺中 PPS 及 PEEK 树脂浸渍与流动、纤维密实与滑移、气体运动等行为
4、，揭示主要的缺陷类型和形成机理，对比两种工艺制备的复合材料的质量差别，掌握非热压罐工艺的质量控制方法，形成该工艺对典型热塑性复合材料体系的工艺性、可靠性的有效评价，为高性能热塑性复合材料承力构件制造技术的开发及应用奠定技术基础。研究内容：1. 采用连续纤维/热塑性 PPS 及 PEEK 预浸料，建立复合材料层板逐层热压工艺装置，实现工艺压力、温度和铺叠速度的控制。2. 对比研究热压罐工艺和逐层热压工艺中复合材料成型过程，考察 PEEK 及 PPS 树脂、纤维、夹杂空气变化，分析工艺环境及均匀性的影响。3. 研究主要缺陷的形成机理及主要的工艺、材料控制因素，分析非热压罐工艺对密实程度、树脂结晶行
5、为及缺陷的可控性。4. 研究不同降温工艺对 PPS 和 PEEK 基复合材料宏观机械性能的影响，建立结晶程度与性能的对应关系。4预期成果：（1）连续纤维增强热塑性复合材料非热压罐工艺适用性研究报告；（2）国家发明专利 1-2 项；（3）SCI 或 EI 论文 2-3 篇。53.碳纤维复合材料面内纤维屈曲/面外褶皱缺陷模拟及影响分析研究目标：针对碳纤维复合材料层合结构的热隔膜工艺、热压罐工艺等成型过程中容易出现的面内纤维屈曲/面外褶皱缺陷，初步建立纤维屈曲/褶 皱模拟方法，探索压力传递、树脂流动、纤维密实等对纤维屈曲/褶皱的影响规律，掌握成型过程中纤维屈曲/褶皱的消除机理及关键控制参量，摸索复合
6、材料典型力学性能对纤维屈曲/ 褶皱的敏感性及作用规律，为航空构件纤维屈曲/褶皱缺陷控制、相关的制造质量检测与验收标准的制定奠定技术基础。研究内容：1. 针对碳纤维复合材料层压结构，初步建立面内纤维屈曲/面外褶皱缺陷模 拟方法，实现纤维屈曲/褶皱程度、数量、位置的模拟。2. 探索加压方式、压力大小、树脂流动性、铺层方式、铺层层数、试件曲率、曲面/凹缘角度等工艺、材料及结构因素对成型过程中面内纤维屈曲/面外褶皱缺陷的影响，分析纤维屈曲/ 褶皱的变化过 程及其消除机理。3. 针对复合材料层板，研究面内纤维屈曲/面外褶皱缺陷对其拉伸、压缩等力学性能的影响，分析损伤引发及破坏模式的变化。6预期成果：（1
7、）“碳 纤维 复合材料面内 纤维屈曲/ 面外褶皱缺陷评估方法”研究 报告；（2）国家发明专利 1-2 项；（3）SCI 或 EI 论文 2-3 篇。74.可剥布对复合材料共胶接界面影响机理研究研究目标针对复合材料结构待胶接表面处理存在的胶接质量稳定性较差、工艺材料匹配关系缺乏规律性的问题，采用宏观力学性能量化分析与微观界面性能表征的方法，研究可剥布对复合材料共胶接界面的质量影响因素及其界面形成机理问题，从理论分析层面阐述可剥布对共胶接质量的影响机理，为复合材料胶接界面的处理提供理论依据，形成可剥布的评价方法。研究内容1.不同胶接表面处理工艺的共胶接质量的量化对比分析分别采用传统的机械打磨处理和
8、利用不同可剥布处理粘接表面，并制备共胶接试验件。测定试样的断裂韧性、浮辊剥离、双搭接剪切和滚筒剥离等宏观力学性能，对不同胶接界面的性能指标进行对比。2.微观界面形态对共胶接质量的影响研究复合材料的共胶接质量与胶接界面的表面能、亲疏水性和清洁程度等因素息息相关。通过表面粗糙度测试、接触角测试、扫描电镜测试等微观手段对试验样件胶接面的微观界面形态进行考察，探索胶接界面形态对复合材料共胶接质量的影响机理。3.可剥布对共胶接质量的影响机理研究根据共胶接质量的量化对比分析结果以及微观界面形8态对胶接质量的影响研究成果，分析可剥布对胶接质量的影响规律，归纳可剥布与不同树脂的匹配性存在差异的原因，阐述可剥布
9、对共胶接质量的影响机理。预期成果：（1）胶接试验件机械性能测试报告；（2）可剥布对胶接界面影响分析报告；（3）培养硕士研究生 1 名；（4）国家发明专利 1-2 项；（5）SCI 或 EI 论文 2-3 篇。95.碳纤维复合材料共胶接结构变形机理与在线监测方法研究研究目标：揭示碳纤维复合材料共胶接结构变形机理、时效特性及其影响因素，探索复合材料共胶接结构制造过程的多物理场集成在线监测技术。研究复合材料共胶接结构制造阶段变形状态的在线模拟与动态可视化的显示方法，为航空复合材料胶接结构设计、制造工艺优化提供指导，实现共胶接结构制造过程的变形预测、实时监测。研究内容：1. 碳纤维复合材料结构胶接变形
10、机理、时效特性及其影响因素研究碳纤维复合材料共胶接结构固化过程的变形机理及其影响因素，揭示树脂基碳纤维复合材料与胶黏剂的物理、化学和力学性质、固化工艺、力学载荷和热循环载荷等对胶接结构热失配现象与变形行为的影响机制。研究复合材料胶接结构时效特性与精度稳定性（随时间变化，随温度循环变化等），为实现复合材料共胶接结构变形预测与监测提供理论依据。2. 预浸料固化过程中光纤光栅参数监测工艺研究研究复合材料典型结构件（如平板、加筋壁板等）在热压罐高温高压环境下，对预浸料铺层不同深度及位置处进行光纤光栅铺设及数据采集，收集固化过程中的应变数据以记录工艺数据；同时开展相关试验研究以验证光纤采集数据的准10确
11、性；3. 复合材料固化应变场监测与仿真模型建立根据典型结构件固化过程建立结构变形仿真方法，并通过试验所记录的光纤光栅应变场数据对变形仿真进行验证和仿真修正；3. 碳纤维复合材料共胶接结构多物理场分布式光纤集成在线监测技术研究研究分布式光纤多参量集成监测与标定技术，实现对复材共胶接结构界面胶接应力应变、温度分布信息实时采集，并对数据进行处理，形成数据库。研究光纤传感器优化配置规则，给出相应监测网络拓扑结构组网规则。针对典型航空复合材料共胶接结构属性、固化与装配要求，研究光纤传感器件与碳纤维复合材料胶接结构高可靠性规范化集成工艺。同时结合温度场、压力等工艺参数的监控实现共胶接结构固化状态的多维参数表征，实现在线监测。4. 碳纤维复合材料共胶接结构变形状态反演与可视化显示方法研究研究碳纤维复合材料胶接结构多物理场特征快速提取与辨识方法。在此基础上，研究典型复合材料共胶接结构的变形状态反演重构方法。借助计算机仿真技术，研究复合材料胶接结构残余应力、变形场可视化显示及在线仿真系统开发，实现复材共胶接结构固化过程的在线仿真。预期成果：
