[发明专利]一种非同步压实复合材料构件的方法

说明书

一种非同步压实复合材料构件的方法，其特征是在复合材料构件缺陷易发区域预置传感器，固化过程中根据传感器监测到的压实状态信号为每个位置匹配稳定压实的压力，逐个位置依次压实构件，消除复杂型面的复合材料构件压实过程中易于出现的架空分层、褶皱或者波纹等多种压实缺陷，突破现有压力成型中压实构件的技术瓶颈，提升复杂复材构件的设计和制造极限。本发明具有操作简便，压实效果好等优点。

技术领域

本发明涉及复合材料成型技术，尤其是复杂型面的复合材料构件成型技术，具体地说是在固化过程中非同步压实复合材料构件消除架空和褶皱等压实缺陷的方法。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料具有高比强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀等优异特性。经过近40年的发展，复合材料广泛应用于航空等领域，大大减轻飞机的结构重量，缩短制造周期，从最初应用于次承力构件发展到应用于机身隔框、机翼翼梁等大型主承力构件。

现有压力成型中，为保证构件各位置压实，固化前预设压力曲线，固化过程中直接施加较大的气体压力压实构件。由于不同位置叠层滑移相互牵制，构件部分位置叠层容易未压实产生架空缺陷，部分位置滑移速度过快而产生褶皱缺陷，现有的压实控制方法已难以实现复杂型面的复合材料构件高品质压实。此外，叠层间摩擦因数受树脂粘度、叠层滑移速度和叠层间树脂层厚度等因素影响，在压实过程中呈现时变性，使得构件压实过程难以控制。

发明人经过悉心实验和理论研究，发现复杂型面结构的复合材料构件不同位置压实速度不同，对于已经压实的位置施加更大的压力不影响压实质量，进而提出非同步压实复合材料构件的方法。通过监测缺陷易发区域的压实状态为每个位置匹配稳定压实的压力大小和压实时间，从低到高依次施加各位置稳定压实的压力，实现非同步压实复合材料构件，有效控制构件压实过程，消除层间架空和褶皱缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有的复合材料构件压实控制方法难以实现复杂型面结构的复合材料构件高品质压实的问题，发明非同步压实复合材料构件的方法。

本发明的技术方案是：

非同步压实复合材料构件的方法，其特征在于：在复合材料构件压实缺陷易发区域预置1个及以上的传感器收集复合材料不同位置压实状态，加压过程中从低到高逐渐升高压力，当某个传感器监测到树脂开始流动或叠层开始滑移，以当前时刻压力作为该位置稳定压实的压力，保持压力直至该位置被压实，然后继续升高压力，确定下一个位置产生稳定压实的压力，迭代该过程直至所有位置均被压实。

复合材料在压实过程中，当施压的压力低于稳定滑移的压力时，叠层不能滑移，当施加的压力高于稳定滑移的压力时，滑移速度过快而引起滑移失稳。本发明通过为每个缺陷易发位置在线匹配稳定压实的压力，非同步压实整个复合材料构件。

由于层间滑移和层间的树脂流动同时发生，局部位置是否压实可以通过监测该位置层间树脂的流动状态来判断，存在树脂流动表明未压实，此处通过测量树脂是否流动监测复合材料压实状态。复杂型面的复合材料构件在拐角区域和曲率半径急剧变化的区域容易产生层间架空或褶皱等压实缺陷，在复合材料预制体铺层过程中将可监测压实状态的传感器放置在缺陷易发区域。

预制体表面放置好辅助材料后，对其抽真空，按照一定的温度工艺开始加热，在最优的加压时机开始缓慢升高压力(如罐压或者液体压力)，当某一个传感器监测到树脂开始流动时，以当前时刻的压力作为第一个位置产生稳定压实的压力，保持该压力(或者小的压力波动)直至该位置被压实，即监测到树脂流动停止，稳定压实的压力允许在±5％的误差范围内波动。然后继续升高压力，当其他传感器监测到树脂开始流动，确定第二个位置稳定压实的压力，保持该压力，直至第二个位置被压实，逐步迭代该过程直至所有区域被压实。

若用k_i表示传感器i的压实状态，k_i为1表示压实，k_i为0表示未压实。压力控制信号u与前i个已压实位置的传感监测状态之间满足以下逻辑关系：