复合材料在航空发动机中的应用FiberSIM(2)

波音公司工程师开始用CATIA定义模具面，纤维束的位置和边界，蜂窝泡沫芯的位置及其它工程特性。使用FiberSIM软件组织纤维束铺放，程序自动生成每束的排列，并记录关键的非几何信息，如材料，方向和相关标记，使纤维束在制造过程中能正确的定位。

然后用FiberSIM确定可能引起超过误差的间隙和皱缩的高剪切应力区域。软件用黄色警示较难铺放的区域，用红色警示最可能发生铺层问题的区域。然后，程序计算最合适的平面展开图样，使得在制造设计过程中而不是在铺层阶段即可确定展开图样，层间排列方式的可保持性使材料的结构特性得到优化。

3） 自动铺层过程

? 铺层簿、材料表和顺序图表，以前是逐项采用CAD系统和电子表格生成的，

FiberSIM对这些文档的自动生成是能使制造设计时间降低50％的首要因素。 ? FiberSIM能将三维CAD几何图形直接连接到自动切割和喷涂设备。

? 用FiberSIM将平面展开图样输出到排料软件包中排料计算，排料软件生成切割

机的数控程序，在节省大量时间的同时又提高了加工的精度和材料的使用率。 ? FiberSIM生成的程序控制喷涂机在模具上进行喷涂，简化了碳带的铺层。自动

计算材料的厚度和铺层偏置以消除误差。 4）FiberSIM给波音带来的效益 ?初始设计时间：节省5％－25％。 ?重新设计时间：减少至45％。 ?极大降低手工铺层时间

?精确的间隙分析：允许材料带的预切割，节省时间和材料。

?全过程控制：复合材料层和带的形状和铺放，消除反复试验过程，提高了产品的质量。

?无缝集成自动切割和喷涂设备：节省时间和材料成本。

1.1.4 FiberSIM在庞巴迪航空公司（Bombardier Aerospace）

的应用

为了降低开发成本，庞巴迪公司评估用仿真手段来设计和制造CRJ700飞机的

复合材料零件。

1）传统方法

? 由庞巴迪的工程设计部门设计每个复合材料零件的整个几何模型和基本的

铺层原则，传给工艺部门。

? 工艺部门设计平面展开图样，包括避免纤维扭曲所进行的铺层拼接。 ? 工装工具准备好后，反复试验过程才开始。手工切割纤维层，在底模上试

着排列，产生大量废料。 2）FiberSIM优化铺层设计

为打破传统的设计模式，淘汰冗长的反复试验修改过程，由工程部控制整个铺层过程及将零件相关的数据统一到一个CAD文件，他们选择了取得广泛而又成功应用的FiberSIM系列软件。FiberSIM软件同庞巴迪公司使用的CATIA CAD软件完全集成，避免了CAD数据的转换。设计工程师用FiberSIM生成平面展开图样以及模拟复杂的铺层过程，并在制造工程师的支持下，可以完全控制铺层设计。在CRJ700飞机的整流罩设计的早期阶段，基于FiberSIM提供的反馈机制，工程师经过几个小时的反复过程就能完成铺层设计的定义、优化和校验。这种方法将整流罩的首件铺层时间从60个小时减少到16个小时。

3）使铺层过程更有条理

设计者用FiberSIM软件的其它特性来组织层的铺放。使用直观的基于表单的用户界面，设计者记录每层关键的非几何信息，如材料、铺层方向和相关标记，跟踪每个铺层的位置和相关属性。

4）无缝连接至自动切割机

设计好的铺层几何文件被提交到制造部门，将FiberSIM的相关数据传至排料计算软件包的库中，由排料计算软件驱动数控切割机进行自动切割，无须手工编程操作。无缝传输减少了铺层尺寸或铺层方向出错的可能，并节省了大量制造时间。

5）FiberSIM带来的效果

?减少了开发时间：Bombardier能够在设计和制造之间实现闭环，使首件平均

铺层时间降低了40％。

?设计优化：设计者在开发早期进行多次反复的零件设计过程，并且易于修改、效果显著。

?减少材料浪费：FiberSIM生成净平面展开图样，排料计算软件为层切割机优化了层排列。

?减小误差：定位孔有助于消除可能的误差。

?提高可重复性：设计者能够对每个复合材料铺层的形状和铺放保持全部控制，并以同样的方式制造每个零件。

?更高的精度：由FiberSIM设计的零件远比以往更佳地体现设计者的意图。

图5图示为FiberSIM可制造性仿真的一个例子。红

色或黄色警示了CRJ Series 700部件制造中会出现问题的区域

为每个铺层创建了平面展开图样

图6图示是将原来的层分成两部分，随后FiberSIM

1.1.5 FiberSIM在英宇航系统（BAE SYSTEMS）公司的应

用

Eurofighter 2000是一个单座、高性能、灵活的战斗机，具有优化的空间性能和全面的空对地进攻能力，其高性能的关键因素是大量使用碳纤维复合材料和其它高级材料。

1）传统方法存在的问题

在项目的早期阶段，复合材料的大量使用减慢了制造工程过程。

很难预测复合材料如何才能贴合于零件复杂的表面及层的平面展开图样；需要冗长的反复试验过程

很难确定在层的哪里需要添加切口和拼接，使得切口、拼接等大大超出实际所

需，铺层切口区域附加的层片增加了零件的重量。

制造过程中的精确文档编制很难维护，因为很多修改在制造车间频繁出现。 无法事先进行充足准备和预测 2）选FiberSIM为解决方案

Eurofighter 2000战斗机制造过程中，英宇航系统公司经评估和算例验证，决定用VISTAGY公司的FiberSIM软件对Eurofighter 2000战斗机复合材料部件进行重新铺层设计，目标是生成完善的制造过程文档编制，并降低整机重量。

3）组织铺层过程和文档编制

英宇航系统用FiberSIM复合材料工程环境（CEE）组织铺层设计，记录关键的非几何信息，产生铺层簿，材料表和顺序图表。追踪各层的位置和相关属性。并能够在制造过程中用激光投影设备对各铺层精确定位，使原先需要花费大量时间校核每层边界的问题得到解决。例如在机舱侧壳设计中，FiberSIM软件计算出该零件平面展开图样，确定易引起皱缩、开裂等问题的高应力区域。用黄色表示可能发生铺层困难的区域，红色表示最可能发生问题的区域。FiberSIM警示何时各铺层超过材料宽度限制。能够在计算机上可视化操作铺层方向，可以在设计阶段就预测出制造问题，并采取相应补救措施。

4）自动化集成激光投影系统

FiberSIM提供将3D CAD几何模型到激光投影系统（LPS）的直接连接，提高了制造的精度和效率，保证了直接切割成形的二维平面展开图样同三维零件的一致性。

用FiberSIM软件将生成的三维层边界、孔、拼接和标记数据传给激光投影系统（LPS）,在生成LPS数据的同时，FiberSIM自动计算材料厚度和铺层的偏置，消除了LPS手工编程时因层偏置而产生的累计视差。

5）FiberSIM带来的效果

?节省大量时间：设计、制造的完成时间及反复试验次数都大大减少。 ?减轻重量：精确的平面展开图样消除了以前设计中的不必要补片。

?避免了反复试验的过程：建立了设计和制造间的闭环机制，确保成品完全符合设计意图。

?无缝集成：消除了以前自动化设备采用手工编程所存在的误差。 ?更高的精度，更好的质量

用红色或黄色来警示

FiberSIM为每个铺层创建了展开图样

图7图中因只用一块铺层而导致制造中会出现问题，图8图中通过三件铺层的拼接使问题降至最轻，

1.1.6 FiberSIM软件在洛克西德马丁公司（Lockheed

Martin）的应用

洛克希德.马丁公司在联合攻击战斗机（JSF）概念示范合同竞争中在JSF的部件上采用最新的复合材料技术，保证其竞争力。

1）设计中存在的问题

无可靠的方法处理因在复杂外形零件上采用复合材料而产生的潜在材料扭曲问题。

没有方法确定满足铺层边界要求的平面展开图样，造成了贵重材料的浪费和大量的车间返工。

预浸材料最长的时间限度大约是两周，如果超过了这个期限，零件就要报废，整个铺层过程也要重新开始。

2）用FiberSIM解决辅助进气道的复合材料的设计和制造

为克服这项非常重要项目中的问题，洛克希德马丁选择FiberSIM复合材料仿真软件进行铺层设计。FiberSIM软件与CATIA CAD系统紧密集成，能够利用现有的零件几何模型和熟悉的用户界面进行工作。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库复合材料在航空发动机中的应用FiberSIM(2)在线全文阅读。