淺談飛機壁板材料中運用的新型材料

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1坐標系定義

假設飛機的順航向為X軸，翼展方向為Y軸，高度方向為Z軸。壁板的蒙皮局部參考坐標系應位于曲率較小的區域，x軸選擇蒙皮的長方向，y軸選擇蒙皮的短方向，以保證模擬鋪層鋪貼仿真時，纖維變形最小化。

2鋪層整合蒙皮

鋪層信息是建模的重要輸入條件，如所示給出了各個區域的鋪層順序、鋪層角度、蒲城數量等信息。蒙皮是基于區域設計的，生成鋪層前需根據設計輸入條件對蒙皮進行區域劃分，鋪層特性相同部分將劃分為同一區域。

3過渡區域定義

可以定義厚度不同的相鄰區域邊界的遞減或交錯樣式。根據定義的區域過渡信息生成鋪層的邊界和排序，因此不需要事先在CATIA中創建各個鋪層的邊界。此功能可以快速準確定義區域間的鋪層過渡，避免手工逐層定義鋪層邊界，節省設計工時和成本。

4蒙皮仿真分析

鋪層纖維偏移角度的限制在鋪層仿真時，還需定義鋪層纖維角度偏移警告值和限制值。通常該限制值由強度部門根據部件的關鍵等級、載荷情況和材料屬性進行定義。如針對碳纖維織物CYCOM985/HTA強度部門定義的纖維角度偏移警告值為3°，限制值為5°。而材料供應商定義的纖維角度偏移警告值為17°，限制值為33°。由此看來強度給出的數值十分嚴格，這是源于結構的安全性考慮。纖維間距因子（Fiberspacingfactor）在鋪層仿真時，要設置纖維間距因子的數值，數值范圍為0~1。數值過大將不能反應真實鋪貼情況，數值過小仿真運算時間過長，效率低。圖3中給出不同纖維間距因子仿真結果對比。圖中區域為纖維偏移距離超過纖維角度偏移限制值，區域表示纖維角度偏移距離介于警告值和限制值之間。區域均表示纖維角度偏移距離警告值以內。實際證明，纖維角度間距因子取0.25時，既符合真實鋪貼情況，運算時間又可接收鋪層原點的拾取鋪層仿真分析時需要定義鋪層鋪貼原點，原點位置的選取對分析結果有很大的影響。所示出的是蒙皮某鋪層仿真分析原點不同時，造成的不同結果。從圖中可以看出，原點取在壁板一側時，壁板另一側纖維變形過大、區域較大，而將原點取在壁板中間區域時，纖維變形區域則較小。因此進行鋪層仿真分析時，需調整鋪層原點位置盡量使區域最小化。設計過程中如果發現由于零件形狀復雜，沒有辦法消除仿真時出現的堆積和褶皺等警告區域，可按需設計切口和拼接。中只需定義第一個鋪層的切口和拼接，后續鋪層可按定義的交錯規則自動生成。如果鋪層間中需插入新鋪層，智能切口和拼接功能可以自動更新，這也使設計得到簡化。鋪層裁剪和搭接碳纖維織物原材料寬度通常為定值，當蒙皮尺寸較大時，蒙皮鋪層需根據實際情況進行裁剪。裁剪后的子鋪層之間需進行搭接處理。可以進行鋪層裁剪仿真分析，并生成搭接區。為保證纖維的連續性，搭接區應垂直于纖維方向，搭接量為0.75~1.00in。

5工藝要素生成

自動生成鋪層鋪貼面可以準確直觀地模擬出每個鋪層真實鋪貼情況，為制造提供直接的工裝設計參考面和各個鋪層的鋪貼模擬曲面。生成鋪層截面信息可以很好地顯示出該處的鋪層順序、鋪層角度、鋪層方向，可以輔助生成零件鋪層表。生成鋪層展開邊界可以為制造提供直接的邊界參考數據，并可驅動激光投影儀、自動下料機、自動鋪帶（絲）機等設備。7結束語在飛機復合材料壁板設計中具有以下優點：提高設計效率。軟件可以快速的對鋪層進行分析和調整，提高設計和制造效率。同時還能輸出零件重量屬性數據，有效支持重量控制，達到結構減重目標。提高產品工藝性。可以生成復雜曲面的鋪層平面展開圖，并可以確定滿足鋪層邊界。還可提供的鋪層鋪貼面、曲面仿真可靠性高，可滿足工藝相關要求。降低設計和制造成本。在設計初期發現并解決設計和制造問題。通過仿真分析可以提早發現、提早解復合材料在后續制造過程中可能出現的工藝問題，降低制造風險、節約成本。

作者：張俊鼎陳斌單位：中航沈飛民用飛機有限責任公司