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FRP玻璃鋼復(fù)合材料論壇

標(biāo)題: fibersim [打印本頁]

作者: advard 時間: 2009-4-1 09:24
標(biāo)題: fibersim
FiberSIM在復(fù)合材料部件字化設(shè)計制造中的應(yīng)用

飛機(jī)換代最突出的體現(xiàn)就是對飛機(jī)性能要求的不斷提高，包括減輕結(jié)構(gòu)重量，降低巡航阻力，增大航程；減少結(jié)構(gòu)疲勞損壞，延長使用壽命；降低制造成本和維護(hù)費用。這些要求決定了飛機(jī)減重的迫切性，使航空部件材料和結(jié)構(gòu)的選擇成為提高飛機(jī)性能的關(guān)鍵因素。
復(fù)合材料具有比強(qiáng)度大、比剛度高、抗疲勞性能好、各向異性以及材料性能可設(shè)計的特點，應(yīng)用于航空領(lǐng)域中，可以獲得顯著的減重效益，并改善結(jié)構(gòu)性能。目前，復(fù)合材料技術(shù)已成為影響飛機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，逐漸應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的主承力構(gòu)件中，可達(dá)到減重20%～30%的效果。因此，它在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，已迅速發(fā)展成為包括鋁、鋼、鈦在內(nèi)的四大航空航天結(jié)構(gòu)材料之一。
除減重外，復(fù)合材料還具有更好的耐久性，可降低使用維護(hù)成本。在人類有動力飛行進(jìn)入第二個百年之后，復(fù)合材料開始“領(lǐng)跑”飛機(jī)設(shè)計技術(shù)，成為“航空航天結(jié)構(gòu)的未來”。
復(fù)合材料設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展
傳統(tǒng)復(fù)合材料設(shè)計和制造過程是分別進(jìn)行的。對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，通常較難確定滿足鋪層邊界要求的準(zhǔn)確平面展開圖樣，為避免材料的扭曲變形，需要在制造車間大量地反復(fù)試驗修改，造成了貴重材料的浪費和大量的車間返工；同時將碳纖維鋪放在一起需花費大量時間（鋪完一個機(jī)翼壁板鋪層大約需要90～120min），這在一定程度上反映了制造機(jī)翼這樣的大型零件所要面臨的挑戰(zhàn)。
現(xiàn)在，這些問題由于采用了新的復(fù)合材料設(shè)計制造關(guān)鍵技術(shù)而得以解決。
(1)設(shè)計與制造一體化技術(shù)。
隨著計算機(jī)和制造技術(shù)的進(jìn)步，復(fù)合材料設(shè)計制造技術(shù)可采用全新的設(shè)計理念和手段，將設(shè)計和制造融為一體，將程序化的軟件用于生產(chǎn)制造中，使制造中的問題在設(shè)計初期階段就能加以考慮，從而加快產(chǎn)品研制進(jìn)度，提高質(zhì)量，降低成本。
（2）大面積整體成形技術(shù)。
以共固化/共膠接（Cocured/Cobonded）和無緊固件（Fastenerless）為核心的整體成形技術(shù)，采用大面積整體成形，少用或不用緊固件，減少了零件數(shù)目，減輕了重量，降低了連接、裝配和制造的成本。

作者: advard 時間: 2009-4-1 09:25
（3）低成本的制造技術(shù)。
先進(jìn)復(fù)合材料自60年代中期問世以來，在軍用、民用領(lǐng)域的應(yīng)用均得到飛速的發(fā)展。但復(fù)合材料的成本，特別是制造成本較高，成為復(fù)合材料進(jìn)一步應(yīng)用推廣的主要障礙之一。該問題已引起世界各國的普遍重視，特別是以美國為首的西方發(fā)達(dá)國家紛紛制定低成本的復(fù)合材料發(fā)展研究計劃，努力實踐，并已取得較大進(jìn)展。目前，低成本復(fù)合材料技術(shù)已成為全世界復(fù)合材料發(fā)展研究領(lǐng)域的一個核心課題。
復(fù)合材料制造成本約占復(fù)合材料成本的80%～85%，所以低成本復(fù)合材料技術(shù)中關(guān)鍵是低成本的制造技術(shù)。采用復(fù)合材料數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)，能最大限度地節(jié)省時間和勞動力，速度較手工提高了10倍；同時能節(jié)省原材料，提高制件精度和質(zhì)量，從而降低了制造成本。
FiberSIM復(fù)合材料設(shè)計制造軟件
FiberSIM是一個可以實現(xiàn)復(fù)合材料數(shù)字化設(shè)計制造一體化的軟件，它與CAD軟件緊密集成，實現(xiàn)了設(shè)計和分析自動化，生成制造工程信息和驅(qū)動激光投影儀、自動切割機(jī)、纖維鋪放設(shè)備的數(shù)據(jù)，覆蓋復(fù)合材料整個工藝設(shè)計過程，為復(fù)合材料的設(shè)計和制造提供全面的解決方案，適應(yīng)了復(fù)合材料設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展要求。

FiberSIM設(shè)計制造一體化環(huán)

作者: advard 時間: 2009-4-1 09:26
FiberSIM軟件已成功用于商用和軍用飛機(jī)的設(shè)計，能夠完成復(fù)合材料部件的可制造性評估，精確模擬纖維的材料特性，生成平面展開圖樣，完成復(fù)合材料部件的分析、設(shè)計和制造，對層合板進(jìn)行驗證。將三維幾何模型與層合板的設(shè)計聯(lián)系起來，并將層合板的設(shè)計信息與有限元分析軟件和制造設(shè)備形成無縫連接，可實現(xiàn)制造過程自動化，降低制造成本。
FiberSIM在飛機(jī)復(fù)合材料部件數(shù)字化設(shè)計制造中的應(yīng)用
復(fù)合材料的性能很好地滿足了當(dāng)代新型飛機(jī)的相應(yīng)需求。在美國先進(jìn)聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)JSF的研制中，波音和洛克希德·馬丁公司都分別使用了大量的復(fù)合材料構(gòu)件，對這兩家公司都是一大挑戰(zhàn)。他們引進(jìn)了FiberSIM軟件，采用新的技術(shù)手段，利用先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)滿足聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)（JSF）苛刻的強(qiáng)度要求、成本目標(biāo)和重量標(biāo)準(zhǔn)，克服了傳統(tǒng)復(fù)合材料設(shè)計制造中的困難，充分體現(xiàn)了新世紀(jì)復(fù)合材料構(gòu)件低成本技術(shù)的發(fā)展水平。
1 在X-32樣機(jī)研制中的應(yīng)用
從應(yīng)用領(lǐng)域來看，碳纖維復(fù)合材料主要用于航空航天等領(lǐng)域，波音公司在制造聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)樣機(jī)X-32的很多大型部件時，就設(shè)計采用了單向碳纖維復(fù)合材料。并選用了FiberSIM專用復(fù)合材料設(shè)計和制造軟件和鋪層方法來滿足JSF部件使用性能的要求。
下面是波音公司復(fù)合材料部件的數(shù)字化設(shè)計制造過程。
（1）波音公司工程師用CATIA定義模具面、層的位置和邊界、泡沫夾芯的位置等。
FiberSIM軟件將層管理起來，為每個層自動生成一個表格，記錄非幾何信息，如材料、方向和順序，并將這些信息與層的幾何邊界、相關(guān)的標(biāo)記等聯(lián)系起來，確保層在制造過程中能正確定位。
（2）在初步設(shè)計階段，進(jìn)行層制造可行性分析，軟件將顯示出在鋪層時可能發(fā)生制造問題的區(qū)域，對層的設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，并計算層的平面展開圖樣。FiberSIM在設(shè)計階段而不是在鋪層階段生成層的展開圖樣，并優(yōu)化層間的錯列方式，提高了材料的結(jié)構(gòu)特性，避免了反復(fù)設(shè)計的過程，節(jié)省了材料，大大降低了成本。
（3）利用FiberSIM軟件文檔功能，生成鋪層圖、鋪層表、材料表和序列表。與原來使用CAD系統(tǒng)和電子表格生成這些文檔相比，F(xiàn)iberSIM更加自動化，從而使設(shè)計時間降低了約50％。

作者: advard 時間: 2009-4-1 09:27
（4）將FiberSIM生成的包括層合板信息的數(shù)據(jù)輸入到下料機(jī)和噴涂設(shè)備。這種設(shè)計與制造設(shè)備的無縫連接，保證了設(shè)計模型與制造產(chǎn)品的一致性。FiberSIM將平面展開圖樣輸出到優(yōu)化排料軟件包中，排料軟件生成下料機(jī)的數(shù)控程序，對制造過程進(jìn)行優(yōu)化，在節(jié)省大量時間的同時，提高了加工的精度和材料的使用率。FiberSIM生成的程序控制噴涂機(jī)在模具上進(jìn)行層的形狀和邊界的噴涂，對層的鋪放進(jìn)行定位，簡化了碳纖維的鋪放過程。
采用新的技術(shù)和軟件來設(shè)計和制造復(fù)合材料部件后，波音公司節(jié)省了5％～25％的初始設(shè)計時間，減少了45％的反復(fù)設(shè)計修改時間，極大降低了手工鋪層時間（鋪完一個層從90min減到45min），全過程控制復(fù)合材料層和帶的形狀和鋪放，消除反復(fù)試驗過程，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
2 在X-35樣機(jī)研制中的應(yīng)用
飛機(jī)的進(jìn)氣道為形狀復(fù)雜的大型多曲度管狀零件，用復(fù)合材料體系成型困難，所以多采用鋁金屬材料。在JSF樣機(jī)X-35的設(shè)計中，大量采用了復(fù)合材料部件，例如進(jìn)氣道，該部件幾何形狀復(fù)雜，鋪層時常有扭曲的趨勢，纖維方向的偏移將降低零件的整體性能，在一些區(qū)域內(nèi)鋪層會聚成一團(tuán)發(fā)生皺縮。洛克希德·馬丁公司決定將FiberSIM專用復(fù)合材料設(shè)計制造軟件用于JSF進(jìn)氣道的驗證上，繼而應(yīng)用到其他的零件中。
FiberSIM軟件在鋪層的設(shè)計階段仿真層的鋪放過程，根據(jù)這些信息，優(yōu)化層的設(shè)計，直接對鋪層加切口或拼接，軟件會計算并顯示出層鋪放的結(jié)果，達(dá)到要求后，便完成了鋪層幾何定義，將材料的扭曲降至公差范圍內(nèi)，消除起皺和開裂現(xiàn)象。設(shè)計好鋪層的幾何參數(shù)后，F(xiàn)iberSIM軟件自動生成層的平面展開圖樣。在制造階段，軟件將各層展開圖樣輸出到數(shù)控切割設(shè)備。三維模型與切割設(shè)備無縫連接，實現(xiàn)切割自動化。同時這種無縫連接方式降低了造成層大小和方向出錯的可能。由于FiberSIM軟件生成了平面展開圖樣，排料軟件在機(jī)床上優(yōu)化組合各層的位置，極大地降低了廢料的產(chǎn)生。自動化切割替代了手工切割，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，節(jié)約了大量的材料和成本。
利用FiberSIM軟件，生成激光投影系統(tǒng)（LPS）所需的三維層邊界、孔、拼接和標(biāo)記的數(shù)據(jù)。激光投影系統(tǒng)讀取這些數(shù)據(jù)，在模具上投影出層的邊界。技師們按照連續(xù)的激光投影線放置層。將FiberSIM軟件應(yīng)用到輔助進(jìn)氣道后，設(shè)計時間從300h減少到150h，制造時間從450h減少到200h。洛克西德·馬丁公司利用FiberSIM軟件不僅節(jié)約了大量的時間，而且將不合格樣品率降至最低，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

作者: advard 時間: 2009-4-1 09:28
太貴啦，買不起......................

作者: fewf333 時間: 2009-6-6 17:24
期待破解

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