РАЗРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФОРМООБРАЗУЮЩЕЙ ОСНАСТКИ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ АВИАЦИОННЫХ КОМПОЗИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Рассмотрена проблема рационального проектирования конструкции, изготовления формообразующей оснастки из полимерных композиционных материалов и ее использования при формовании тонкостенных композитных конструкций методом вакуумной инфузии. С учетом требования минимальных деформаций коробления формуемой композитной конструкции, вызванных остаточными напряжениями в результате полимеризации связующего, обосновывается необходимость создания такой оснастки за два этапа, включающих изготовление мастер-формы на оборудовании с ЧПУ и самой открытой композитной формы, используемой для формования готовых конструкций. На примере тонкостенной авиационной конструкции сложной геометрии показана возможность формирования технологической схемы и управления режимами изготовления композитной формы и детали, формуемой на ней, с помощью разработанного средства компьютерного моделирования, использующего в качестве исходной информации экспериментально определенные характеристики компонентов (армирующих стекло-, углетканей и термореактивных смол) и CAD модели формуемой конструкции. Необходимое экспериментальное оборудование, техника эксперимента и обработки данных для получения зависимостей сжимаемости и проницаемости от степени заполнения связующим композитных преформ, от соотношения прикладываемого извне компрессионного и внутреннего давления, рассматриваются на примере 8-слойной преформы из стеклоткани Т-10-14. Для корректного описания вязкости термореактивных смол, эволюционирующей в ходе процесса и зависящей от температуры, степени полимеризации и времени, предложена полуэмпирическая модель, параметры которой определяются экспериментально методами дифференциальной сканирующей калориметрии и реометрии. Использование разработанного средства компьютерного моделирования для максимального повышения уровня и выравнивания удельного объема армирующего компонента в теле формуемой конструкции, сокращения продолжительности вакуумно-инфузионного процесса иллюстрируется на примере трех стратегий управления внешним компрессионным и вакуумным давлениями.

Об авторах

Сергей Николаевич Шевцов

Донской государственный технический университет

Email: aeroengdstu@list.ru
доктор технических наук

Наталья Геннадьевна Снежина

Донской государственный технический университет

ORCID iD: 0000-0002-8089-4504

Александр Дмитриевич Камчатный

Ростовский вертолетный производственный комплекс ПАО «Роствертол»

Список литературы

  1. Hsiao K.T., Heider D. Vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) in polymer matrix composites // Manufacturing techniques for polymer matrix composites (PMCs). – Woodhead Publishing, 2012. P. 310–347. doi: 10.1533/9780857096258.3.310.
  2. Matveev M.Y. et al. A numerical study of variability in the manufacturing process of thick composite parts // Composite Structures. 2019. vol. 208. P. 23–32. doi: 10.1016/j.compstruct.2018.09.092.
  3. Mehdikhani M. et al. Voids in fiber-reinforced polymer composites: A review on their formation, characteristics, and effects on mechanical performance // Journal of Composite Materials. 2019. vol. 53. № 12. P. 1579–1669. doi: 10.1177/0021998318772152
  4. Hu W., Centea T., Nutt S. Effects of material and process parameters on void evolution in unidirectional prepreg during vacuum bag-only cure // Journal of Composite Materials. 2020. vol. 54. № 5. P. 633–645. doi: 10.1177/0021998319864420.
  5. Shevtsov S. et al. Two-stage numerical approach for reliable recognition of dry spots at the VAP infusion of large composite parts of complex shape // Composite Structures. 2021. vol. 259. P. 113437. doi: 10.1016/j.compstruct.2020.113437.
  6. Chai B.X. et al. Simulation-based optimisation for injection configuration design of liquid composite moulding processes: A review // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2021. vol. 149. P. 106540. doi: 10.1016/j.compositesa.2021.106540.
  7. Hwang S.S. et al. Cure kinetics and viscosity modeling for the optimization of cure cycles in a vacuum-bag-only prepreg process // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. vol. 99. P. 2743–2753. doi: 10.1007/s00170-018-2467-y.
  8. Martinez P., Jin B., Nutt S. Thickness variation in contoured composite parts by vacuum infusion //Advanced Manufacturing: Polymer & Composites Science. 2023. vol. 9. № 1. P. 2279604. doi: 10.1080/20550340.2023.2279604.
  9. Hu Y. et al. Thickness effect on flexural strengths of laminar carbon fibre composites // Thin-Walled Structures. 2023. vol. 186. P. 110690. doi: 10.1016/j.tws.2023.110690.
  10. Yalcinkaya M.A., Sozer E.M., Altan M.C. Dynamic pressure control in VARTM: Rapid fabrication of laminates with high fiber volume fraction and improved dimensional uniformity // Polymer Composites. 2019. vol. 40. № 6. P. 2482–2494. doi: 10.1002/pc.25130.
  11. Zhilyaev, I. et al. Simulation of the composite performs post-infusion leveling of porosity and thickness under action of controlled pressures // Bulletin PNRPU. Mechanical engineering, materials science, 2022, Vol. 24, No. 4, P. 5–17. DOI: 0.15593/2224/-9877/2022.4.01.
  12. Shevtsov, S. et al. Modeling of vacuum-infusion molding of thin walled composite structures using post-infusion equalizing pressures // In Conference proceedings: Simulation. Theory and practice (IMMOD-2023), Kazan: AN RT publ., 2023, P. 290–300.
  13. Zhang C. et al. Review of curing deformation control methods for carbon fiber reinforced resin composites // Polymer Composites. 2022. vol. 43. №. 6. P. 3350–3370. doi: 10.1002/pc.26648.
  14. Zhang C. et al. Effect of mold on curing deformation of resin transfer molding‐made textile composites //Polymer Composites. 2023. vol. 44. № 11. P. 7599–7610. doi: 10.1002/pc.27648.
  15. Jing X. et al. Process optimization for short carbon fiber polyetherimide composite mold //Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2023. P. 07316844231194589. doi: 10.1177/07316844231194589.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).