复合材料三维织造成形制造技术及设备基础研究

针对航空航天、国防军工、汽车等行业零部件高性能、轻量化的要求，结合织造成形过程中存在的结构简单、尺寸小、工序复杂、设备自动化低、制品纤维含量低、树脂浸渍空隙率高，难以实现大型、复杂结构件制造等问题，提出一种新的复合材料三维织造制造零件的方法，通过在计算机控制下纤维沿数字化导向模板织造成形出结构件，并经过内外一体化浸渍后制造出零件。主要研究基于数字化导向柱模板的三维织造建模以及编织方法、三维织造预制件内外一体化树脂浸渍方法、三维织造零部件实验平台开发及典型件织造实验。创新地提出一种新的基于数字化导向模板的大型、复杂零部件三维织造方法以及预制件内外一体化浸渍的方法。是一种全新的复合材料三维织造方法，具有数字化、精密化、柔性化、自动化等特点，提高了大型零部件三维织造成形的灵活性和可操作性，具有重要的学术研究价值、科学探索意义以及工程应用前景。

针对航空航天、国防军工复杂、厚实、变截面预制体自动化制造迫切需求，创新发明了一种复合材料柔性导向三维织造成形方法。通过三维CAD模型分层，生成截面轮廓，自动布置数字化导向模板，生成织造路径并驱动成形机，层层织造出立体预制体，经内外一体化浸渍等完成零件制造。有效解决了复合材料复杂变截面零件的三维织造、Z向增强和自动化成形的科学理论及工程技术难题。.创新提出了直线型、曲线型、直曲型三种织造方法，建立了复合材料单胞结构模型及其纤维体积分数的数学模型；发明了一种织造结构约束转移防变形控制方法，建立了三角形、四边形等数字化导向模板点阵布局及导向套受纤维张紧力作用变形数学模型。实现了复合材料数字化设计与纤维体积分数控制一体化，及预制体的防变形控制。.发明了一种支撑纤维三维织造的自适应导向模板及仿生丝瓜络的复合材料结构，建立了仿生丝瓜络复合材料结构模型及三维织造有限元模型，研究了导向套排布与层间编织结构实现方式，研究出可用于复合材料三维织造的仿丝瓜络宏、微观结构。揭示了导向套中心距/半径对纤维体积分数、导向套排布和编织结构对力学性能影响规律。实现了复杂、变截面结构件织造，纤维在导向套上的锁紧及Z向增强，有效提高了织件层间结合强度，并可预置浸渍通道。.创新提出了三维织造预制体内外一体化树脂浸渍方法，建立了导向套参数及内外一体化浸渍工艺参数与预制体充型时间的数学模型。通过内外一体化及传统浸渍工艺模拟分析，研究出导向套参数及内外一体化浸渍工艺参数对浸渍效率的影响规律，可实现大型、厚实、高纤维体积分数复合材料的高质量浸渍。.研制出复合材料柔性导向三维织造成形机，织造出三角形、四边形、叶轮、机床Z梁等典型预制体。搭建出复杂变截面复合材料结构件三维织造实验平台及专业实验室，可用于大型、复杂复合材料制件的自动化织造研究。.发表论文50篇，其中SCI 检索22篇，EI检索 5篇，中文核心3篇，他引64次；申请专利38项，其中发明专利31项（国际发明14项），获授权专利19项，其中中国发明9项，美国等国际发明4项；获软件著作权2项。.培养研究生22名，已毕业16名（博士4名，优秀毕业论文1篇）；培养青年技术骨干9名，技术培训59人次。主办/协办国际会议10次，应邀做大会报告、特邀报告等18次；基于本项目的研究成果获得了国家04重大专项等支持。.本项目超额完成了项目计划书规定的研究目标。