PEEK热塑性复合材料纤维铺放工艺研究

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1、硕士学位论文PEEK热塑性复合材料纤维铺放工艺研究STUDYONTHEPROCESSOFPEEKTHERMOPLASTICCOMPOSITESAUTOMATEDFIBERPLACEMENT高士杰哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V258+.3学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文PEEK热塑性复合材料纤维铺放工艺研究硕士研究生：高士杰导师：韩振宇教授申请学位：工学硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V258+.3U.D.C

2、:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHEPROCESSOFPEEKTHERMOPLASTICCOMPOSITESAUTOMATEDFIBERPLACEMENTCandidate：GaoShijieSupervisor：Prof.ZhenyuHanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeri

3、ngDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要复合材料的应用已经从航空航天领域逐步扩展到现代社会生产生活中的诸多领域。为了更高效的制造性能更好的复合材料产品，自动铺放技术成为关于复合材料科学研究的重点之一，而对热塑性复合材料自动铺放技术的研究还未成熟。从自动铺放工艺和成型方式的研究入手对热塑性复合材料自动铺放技术进行研究，能够为提高其试件性能提供依据，使其尽快应用到生产实际中。本文对APC-2(AS4/

4、PEEK)热塑性复合材料一次加压与成型和二次加压成型铺放的主要工艺参数进行了研究，并对两种成型方式进行了对比。本文首先针对两种铺放成型方式设计了一种具有二次加压和调温功能的热塑性复合材料纤维铺放头。该铺放头能够实现传统铺放头对丝束的加压、夹紧、重送、剪切功能，同时适应热塑性复合材料铺放加热温度高的特点，具备局部冷却功能，可以对试件进行一次加压或者二次加压以及使用热风或者冷风进行二次调温，整体结构优点在于重量较轻，结构紧凑。最后通过有限元静力学分析并优化了设计结构，保证零部件受力合理。分析了铺放过程中出现的热传递方式，并结合传热学有关知识确定了相关热

5、传递参数，建立了一次加压铺放成型与二次加压铺放成型的理论模型，并确定了热传递的边界条件，之后通过实验方式验证了热传递参数与边界条件的正确性。根据分析的结果建立有限元模型模拟铺放过程，针对不同热风加热温度与铺放速度下铺层温度变化不同的情况，找出了满足材料熔化温度和机体退化温度要求的热风温度和铺放速度参数组合范围。为了探究两种铺放成型方式的主要工艺参数对铺放试件的影响规律，在确定的试验范围内以不同的工艺参数作为变量设计实验制作试件，并进行性能测试实验，得到了其层间剪切强度和孔隙率的性能指标。使用回归分析分析实验结果，建立了描述两种成型方式的主要工艺参数

6、与层间剪切强度和孔隙率响应值之间关系的回归方程，并据此得到了各工艺参数对试件性能的影响规律。通过回归方程优化工艺参数，以最优工艺参数制作相应试件进行性能测试和对比，得到了二次加压铺放成型相对于一次加压成型，在铺放热塑性复合材料时可以更好的提高试件层间剪切强度并降低孔隙率的结论。关键词：热塑性复合材料；自动铺放；成型方式；工艺参数I哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractTheapplicationofcompositeshasspreadfromaerospacetomanyotherfieldsinrecentyears.AutomatedFi

7、berPlacement(AFP)hasbecomeoneoffocusesofattentioninthestudyfieldofcomposites,tomanufacturecompositesproductsofbetterperformancemoreefficiently.Butthestudyofthermoplasticcompositesisstillnotadvancedenough.ThestudyofthermoplasticcompositesAutomatedFiberPlacementintherespectsofma

8、nufacturingtechnologyandprocessingmethodwillcontributetoimpro