● 摘要
变厚度及L形复合材料层板作为典型的结构形式广泛应用于航空航天承力结构，与等厚层板相比，由于其结构的复杂性，热压成型过程中树脂流动与纤维密实行为有其特殊性，密实质量控制难度加大，因此其工艺过程的密实规律及工艺主控因素值得系统深入的研究。本文针对单向布预浸料体系及织物预浸料体系，重点研究了变厚度层板和L形层板热压罐成型工艺中吸胶方式、构型要素以及模具要素等对层板密实行为的影响规律，为复合材料工艺参数的优化和制造质量的控制提供实验依据。针对两种织物预浸料变厚度层板，研究了模具形式、织物种类和吸胶方式等因素对密实程度及其分布的影响；针对单向布预浸料变厚度层板，考察了软模刚度及铺层方式对其密实程度及其分布的影响。结果发现，树脂的二维流动导致层板薄板区、过渡区及厚板区的纤维含量不同。由于固化过程中面内方向树脂流动比重较小，预吸胶工艺变厚度层板纤维分布较均匀，厚板区和薄板区纤维体积含量差别控制在2%以内。针对单向布预浸料L形层板，对比了吸胶工艺和预吸胶工艺层板密实程度的差异，考察预吸胶工艺条件下曲率半径、铺层方式、平板长度和铺层层数等构型要素对其密实程度的影响规律。结果发现，预吸胶工艺层板的纤维含量更接近于目标值，并且其层板拐角区无明显孔隙、分层等缺陷；阳模成型时拐角区密实程度受铺层方式影响明显，阴模成型时受曲率半径变化影响明显，平板长度和铺层层数影响较小。针对L形层板，考察了模具配合尺寸和软模刚度对其密实程度的影响规律。结果表明：阳模成型时，受软模变形性的影响，不同的刚模外表面/软模内表面曲率配合对拐角区密实程度影响较小，阴模成型时，与刚模内表面/软模外表面曲率相等的情况相比，二者曲率配合时能有效增大拐角区密实程度；阴模成型时，增大软模刚度有利于提高层板拐角区密实程度，但刚度过大将导致层板两侧平板区厚度分布不对称。