复合材料自动铺带技术应用及方案示例

·新材料新工艺·收稿日期：2010－09－06作者简介：张蕾，1982年出生，硕士，主要从事复合材料成型技术研究。

E －mail ：vanbud@eyou．com大型复合材料筒形结构自动铺带技术张蕾王俊锋刘伟熊艳丽范佳（航天材料及工艺研究所，北京100076）文摘采用国产T300/605热熔法预浸料，对大型复合材料筒形结构自动铺带技术进行了研究。

通过对自动铺带角度的工艺优化，铺带角度进行微调，实现了复合材料筒形结构的满覆盖铺放。

在此基础上进行了大型复合材料筒形结构的自动铺带工艺试验，对自动铺带工艺试验件进行无损检测及取样性能测试。

结果表明：预浸料铺覆性良好，自动铺带成型的预浸带间隙或重叠≤1mm ，铺带角度与理论铺带角度偏差≤0．2ʎ。

试验件成型质量良好，自动铺带技术可以满足大型复合材料结构高质量成型需求。

关键词自动铺带，筒形结构，复合材料Automated Tape Placement in Large Composite Cylinder StructureZhang LeiWang JunfengLiu WeiXiong YanliFan Jia（Aerospace Research Institute of Materials ＆Processing Technology ，Beijing 100076）Abstract Automated tape placement in large cylinder structure was studied with domestic T300/605melting preparedprepreg．The ply angle was optimized to achieve the full-scale laying in large cylinder structure ，which would avoid the gap or overlaps．On the basis of the optimization ，the process experiment of large cylinder structure with automated tape placement was carried out and the result indicated that the adhesion of the prepreg tape was fit for automated tape placement．The gap or over-lap between the tapes were less than 1mm and the error of ply angle was less than 0．2ʎ．Nondestructive testing of the composite cylinder and test of mechanical and physical performance was carried out．The result showed that the property of the compositecylinder was eligible ，which indicated that automated tape placement satisfied the moulding of the large cylinder structure．Key words Automated tape placement ，Cylinder structure ，Composite 0引言自动铺带技术起源于20世纪60年代，第一台计算机全自动控制铺带机由General Dynamics 公司和Conrac 公司合作完成，用于铺放飞机的复合材料机翼部件［1］。

自动铺带技术在复合材料结构件热阻性能研究中的应用引言热阻性能是复合材料结构件设计和制造中的一个重要指标。

在实际应用过程中，结构件的导热性能直接影响其热传导效率和稳定性。

因此，研究如何提高热阻性能，提高复合材料结构件的导热能力是一个热点和挑战。

近年来，自动铺带技术作为一种先进的制造方法，逐渐受到广泛关注和应用。

本文将探讨自动铺带技术在复合材料结构件热阻性能研究中的应用。

1. 自动铺带技术简介自动铺带技术是一种通过自动化设备将复合材料纤维连续铺放在模具上的制造方法。

通过控制铺带的角度、弯曲半径以及各层之间的纤维走向，可以实现复合材料结构件的复杂几何形状和优化力学性能。

自动铺带技术具有高效、精准和可重复性等优点，适用于大尺寸、高强度和复杂形状的结构件制造。

2. 复合材料结构件的热阻性能复合材料结构件的热阻性能是指材料在传导热传递过程中阻碍热流传递的能力。

熟知的热阻性能评估方法包括热传导率、热导率和热扩散系数等指标。

改善复合材料结构件的热阻性能对于提高其导热能力和应用范围具有重要意义。

3. 自动铺带技术在提高复合材料热阻性能中的应用自动铺带技术在提高复合材料结构件的热阻性能方面具有潜力。

首先，自动铺带技术可以实现纤维方向的优化设计，使得复合材料结构件的纤维走向和热传导方向一致，从而提高导热能力。

其次，自动铺带技术可以控制纤维之间的间隙和纤维层间的连续性，减少热阻损失。

此外，自动铺带技术还可以实现复合材料结构件的精细设计，通过合理布局纤维层的厚度和密度，进一步优化热传导路径，提高热传导效率。

4. 自动铺带技术在复合材料结构件热阻性能研究中的案例分析许多研究人员已经开始探索自动铺带技术在复合材料结构件热阻性能研究中的应用。

例如，一项研究使用自动铺带技术制备复合材料热管，通过控制不同铺带角度形成热流通道，并优化纤维层的布局，成功提高了热管的热传导性能。

另外，另一项研究使用自动铺带技术制备导热复合材料片，通过控制纤维层的厚度，优化了热传导路径，提高了导热性能。

自动铺带技术在复合材料制造中的应用探索自动铺带技术是一种现代化的复合材料制造方法，通过利用机器人或自动化设备来将预浸料或干型纤维材料连续地铺放在模具上，进而实现复合材料的制造。

这种技术相比传统的手工铺带，具有更高的生产效率、更好的一致性和更高的品质控制。

本文将探讨自动铺带技术在复合材料制造中的应用，并分析其优势和潜在的挑战。

一、自动铺带技术的优势1.提高生产效率：自动铺带技术利用机器人或自动化设备代替人工操作，能够大幅提高生产效率。

在传统的手工铺带中，工人需要一遍遍地将铺带逐一放置，而自动铺带技术可以连续不断地进行铺带，大大减少了制造时间。

2.保证产品一致性：自动铺带技术能够精确地控制铺带的速度、压力和纤维摆放方向，保证每一块复合材料的质量一致性。

而手工操作容易受到工人技术水平和疲劳程度的影响，导致产品质量的波动。

3.提高产品质量：自动铺带技术可以实现更精确、更均匀地铺放纤维材料，避免了手工操作中可能出现的误差。

同时，自动铺带技术还能控制纤维材料的厚度和纤维摆放的角度，使得复合材料具有更好的力学性能和表面质量。

二、自动铺带技术在复合材料制造中的应用1.航空航天领域：复合材料在航空航天领域具有广泛的应用前景，而自动铺带技术可以大幅提高复合材料的制造效率和产品质量。

通过自动铺带技术，可以制造出轻质、高强度的航空航天结构件，满足航空航天工业对材料性能和质量控制的高要求。

2.汽车工业：自动铺带技术在汽车工业中有着广泛的应用。

通过在汽车零部件中使用复合材料，可以实现车身的轻量化，并提高汽车的燃油效率。

自动铺带技术可以大幅提高复合材料零部件的制造效率，满足汽车工业对大规模生产和高品质产品的需求。

3.建筑领域：自动铺带技术也可以应用于建筑领域的复合材料制造。

复合材料在建筑领域有着广泛的应用前景，可以用于制造建筑结构件、装饰材料等。

自动铺带技术可以提高建筑材料的生产效率，同时保证产品的一致性和质量，满足建筑行业对快速和高质量产品的需求。

复合材料自动铺丝计算机辅助设计软件的设计与应用复合材料自动铺丝计算机辅助设计软件的设计与应用摘要：随着科技的发展和工业制造的进步，复合材料在航空、汽车、船舶等领域的应用越来越广泛。

本文设计了一款复合材料自动铺丝计算机辅助设计软件，并探讨了该软件在航空领域的应用案例。

软件具备自动优化铺丝路径的功能，提高了铺丝效率和质量，为航空工程师和设计师提供了便利。

关键词：复合材料；自动铺丝；计算机辅助设计；软件1. 引言复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛，因为它具有高强度、轻质和耐腐蚀性等优点。

在飞机制造过程中，铺丝是一项重要的工艺，在复材的制造过程中扮演着至关重要的角色。

然而，传统的手工铺丝方式效率低下，无法满足大规模生产的需求。

因此，本文将设计一款复合材料自动铺丝计算机辅助设计软件，旨在提高铺丝效率和质量，为航空工程师和设计师提供便利。

2. 设计方法本软件采用了自适应遗传算法和机器学习方法。

首先，通过遗传算法对铺丝路径进行优化。

遗传算法模拟了自然界中的生物进化过程，通过选择、交叉和变异的操作，不断优化铺丝路径。

然后，通过机器学习算法，提高铺丝的准确性。

机器学习模型通过学习大量的铺丝数据，提高了软件的智能化程度。

3. 软件功能本软件具有以下主要功能：(1) 自动铺丝路径生成：根据设计要求和复材的特性，软件能够自动生成最优的铺丝路径，提高铺丝效率和质量。

(2) 工艺模拟：软件能够模拟复材的不同特性和材料的变化情况，为工程师提供了参考和决策依据。

(3) 优化算法：软件采用了自适应遗传算法，能够自动优化铺丝路径，提高了铺丝效率。

(4) 界面友好：软件界面简洁直观，易于操作和使用。

4. 应用案例本软件已成功应用于某型号客机的复合材料铺丝工艺中。

航空工程师使用该软件生成了最优的铺丝路径，并对路径进行了仿真模拟。

通过软件的帮助，工程师发现了一些潜在的问题并进行了修正，确保了复材在飞行过程中的安全性和稳定性。

5. 结果与讨论与传统的手工铺丝相比，本软件在铺丝效率和质量上都取得了显著的改进。

复合材料构件手工成型时，根据铺放形面特征和预浸带宽度经剪裁后通过手工铺叠到模具表面完成复合材料构件的成型制造，其生产效率低、废料率高、产品质量也难以保证。

自动铺放技术（包括自动铺带技术和自动铺丝技术）利用专用铺放设备，采用数控技术，实现了铺叠的自动化和预浸带剪裁的自动化，突破了大型复合材料构件手工成型难以克服的瓶颈，具有高效、高质、高精度和高可靠性的优点，已广泛应用于大型飞机、运载火箭等各类航空航天飞行器中多种结构部件的制造，成为发达国家航空航天工业领域中大型复合材料构件的典型制造工艺（如图1所示）。

方向性要求：纤维铺放方向必须满足复合材料结构铺层设计方向。

复合材料既是一种材料也是一种结构，其突出优点之一是性能的可设计性，不同的铺层方向与铺层形式可以形成不同性能的复合材料。

因此，按结构工艺设计要求的纤维方向进行铺放是实现结构设计要求的基础，也是设计铺放轨迹规划算法的基本准则。

可铺性要求：铺放过程中预浸料不褶皱、不撕裂。

自动铺放技术采用一定宽度的预浸带：自动铺带技术采用75/150/300mm等3种宽度的预浸带，自动铺丝技术采用3.2/6.4/12.7mm 等3种宽度的窄带。

预浸带可变形范围很小，复杂曲面铺叠时只能沿特定的轨迹，否则会导致褶皱或撕裂，继而影响构件的铺放质量，甚至导致铺放过程无法顺利进行（如图2所示）。

在复杂曲面构件自动铺放轨迹规划时，其算法必须根据构件曲面外形综合考虑预浸帯在铺放过程中的变形因素。

间隙质量要求：单层铺放时满足间隙容差设计要求，满覆盖、不重叠。

自动铺放时，由于构件形面的复杂性，按照一定算法求解所形成的铺放轨迹并不一定能保证铺放轨迹中心线间的距离保持恒定，间隙可能过小或过大，如不进行适当处理，将导致材料局部重叠或空缺（如图3所示），从而降低制造精度，影响构件性能。

经济性要求：在满足上述要求的基础上尽可能节约材料、降低成本，提高效率。

根据铺放轨迹并按照铺放构件曲面边界特性进行预浸带边界形状规划，生成预浸带切割与预浸带输送（自动铺带）或丝束增减切断（自动铺丝）的特殊指令代码，同时根据铺叠顺序进行整合优化，降低成本，提高效率。

复合材料纤维铺放技术及其应用摘要：先进复合材料比传统材料具有诸多优点，例如轻质量、高强度、低密度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、设计制造一体化等等。

复合材料对减轻结构重量、提高经济性和可靠性具有不可替代的作用。

复合材料已经广泛应用于制造领域，尤其是航空航天领域，在航空航天设备上的用量和应用部位已经成为衡量航空航天器结构先进性的重要标志之一。

关键词：复合材料；纤维铺放技术；应用一、纤维铺放技术的成型原理和特点纤维铺放技术是树脂基复合材料制造技术中的一种，其工作原理是将连续的纤维丝束或纤维带通过预浸胶或树脂之后，按照设定好的路径铺放到芯模上，最后在一定温度下固化，制成所需形状的制品。

复合材料纤维铺放成型技术（Fiber placementFP）是自动窄带铺放成型技术（Automanted tep placement, ATP）和自动铺丝束成型技术（Automated tow placement, ATP）的总称。

纤维铺放技术的成型工艺是在纤维铺放机上将平行的纤维丝束或纤维带预浸处理，通过铺放头装置将预浸过的纤维束压到需要加工的工件或芯模表面。

纤维铺放与纤维缠绕和带铺放不同，它不是按照测地线在芯模或模具上布纱；纤维铺放可精确控制丝束宽度，且各丝束可单独铺放，通过切断、重续等工序控制铺放厚度的增减。

此外，纤维丝束是通过纤维铺放机上的铺放头压在模具上的，能保证铺放每一层紧密贴合避免出现分层现象。

总结纤维铺放技术的优点有:（1）通过铺丝头剪断丝束、重新开始等，可以对铺放厚度进行精确控制；（2）工艺过程中铺丝头可调节施加力，实时加压密实；（3）铺放精度高，不易出现孔隙；（4）纤维铺放角度可以调节，不受限制；（5）铺放材料利用率高，浪费少。

二、复合材料纤维铺放技术应用1.加热工艺研究。

在自动纤维铺放过程中，为提高铺放效率，通常设置预加热及主加热2 个加热环节。

在这2 个环节中，都会涉及到选择热源、建立加热模型及确定加热温度三方面的问题。

自动铺带技术在复合材料结构件制造中的应用案例分析引言复合材料作为一种重要的材料，在航空航天、汽车、船舶等领域中得到了广泛应用。

复合材料的制造过程对于最终产品的质量和性能至关重要。

其中，自动铺带技术作为一种高效、精确的制造方法，被广泛应用于复合材料结构件的生产。

本文将分析自动铺带技术在复合材料结构件制造中的应用案例，并通过实例探讨其优势和挑战。

1. 自动铺带技术简介自动铺带技术是一种将预浸料纤维布按照设计要求排列、覆盖在模具上的制造方法。

该技术主要包括铺带过程、固化过程和模具脱模过程。

铺带过程中，机器人根据CAD文件或数控编程指令精确控制铺带头的运动，将预浸料纤维布覆盖在模具上。

固化过程中，通过烘烤或加热使得预浸料纤维布固化成为强度和刚度较高的复合材料。

脱模过程中，复合材料从模具上剥离，并进行后续加工。

2. 自动铺带技术在飞机制造中的应用案例2.1 A380机身板制造欧洲航天防务集团（EADS）使用自动铺带技术制造A380机身板。

铺带机器人根据设计要求，精确控制铺带头和纤维布的运动，将预浸料铺到模具上。

该技术不仅提高了生产效率，还保证了复合材料结构件的质量和一致性。

同时，相比于传统的手工操作，自动铺带技术减少了人力成本和人为误差，提高了产品质量。

2.2 波音787机翼制造波音公司采用自动铺带技术制造787机翼。

自动铺带机器人可以精确控制铺带头的运动，并快速、准确地排列纤维布。

该技术不仅提高了工作效率，还避免了手工操作中可能产生的纤维布错位、损坏等问题。

通过自动铺带技术，波音公司实现了大规模、高质量的机翼制造，为航空业带来了突破性的创新。

3. 自动铺带技术的优势和挑战3.1 优势（1）高效准确：自动铺带技术可以实现高速而精确的铺带，提高了生产效率和产品质量。

（2）一致性和可重复性：机器人通过程序控制，可以确保每次铺带过程的一致性，减少了人为误差。

（3）节约成本：相比于传统的手工操作，自动铺带技术可以减少人力成本，并大幅提高生产效率。

复合材料构件自动铺带数控编程系统技术应用复材构件手工成型时，预浸带经剪裁后手工铺叠、压实到模具表面。

随着复材构件在现代大型飞机上广泛应用，人工铺放工艺已难以满足实际需要，急需自动铺带技术来提高生产效率，改善制造过程的可控制性，降低成本以及提高产品质量。

自动铺带技术利用数控技术实现预浸带剪裁、定位、铺叠的自动化。

与手工相比，自动铺带技术可降低制造成本30%~50%，主要适用于各种大尺寸、小曲率部件的制造。

与传统的数控加工不同，自动铺带技术属于典型的增料制造技术，由装备技术、软件技术和工艺技术构成，国外均已形成相关的工业产品。

在自动铺带CAD/CAM软件方面，西方发达国家经过几十年的研究，已经开发了多套商用自动铺放CAD/CAM软件，并形成了完备的复合材料设计制造解决方案。

其中，Tapelay软件应用比较成熟，Tapelay软件是由空中客车公司（AIRBUS）与法国应用数学中心（CIMPA）以航空航天领域广泛采用的CATIAV5软件为平台，基于CATIACAAV5技术联合开发的自动铺带CAD/CAM软件。

该软件可直接集成到CATIAV5系列软件中，包括自动铺带CAD部分的TapeGeneration模块和CAM部分的T apeManufacturing模块。

TapeManufacturing模块则能针对部分一步法铺带机与两步法铺带机生成相应的加工NC代码[1]。

目前，国内报道可见的自动铺带CAD/CAM技术研究主要集中在轨迹规划和加工仿真的基础理论方面。

CATIA/CAA二次开发自动铺带数控编程系统采用组件应用架构（ComponentApplicationArchitecture，CAA）C++二次开发实现。

AutomationAPI（自动化应用接口）与CAAC++是CATIA二次开发常用的两种方法，AutomationAPI入门容易，但功能限制大，CAAC++入门困难，但提供的接口全面，开发的程序效率高，能够满足用户深层次专业化的要求。

航空复合材料零件自动铺带技术研究航空航天复合材料由于其高强度、高比刚度、良好的疲劳性能和设计而被广泛用于航空航天工程，例如飞机材料。

随着科学技术的发展，航空复合材料制造技术逐渐趋于一体化、自动化、成本化，复合材料的质量逐渐成为各大飞机制造商竞争的重要举措。

因此航空航天复合材料的研发和应用是非常重要的。

标签：航空复合材料;设计与制造;发展趋势引言在我国，航空航天复合材料于20世纪60年代引入，并且越来越广泛地被广泛使用。

空间科学技术的发展促进了飞机在高空、高速、智能化方向和成本方向上的不断发展，航空航天复合材料的发展，实现了制造技术和材料特性的突破。

我国航天复合材料的研究时间较晚，复合材料的设计和制造不足，复合材料的种类较少。

并且整体性能较差，因此要进行有效生产，必须付出很大的努力来提高设计和制造水平。

一、当前的发展趋势目前大型外国军用、民用飞机复合部件的份额迅速上升，波音787客机使用超过50%的复合部件结构，A350复合部件将占结构重量的52%，俄罗斯MC21的发展，复合材料量也將是结构重量的40%至45%。

A400 M军用输送机上的复合材料数量已达到结构重量的35%。

国产复合材料在ARJ21并未广泛使用，大型零件仅在舵上使用复合材料。

大型飞机正在开发中，考虑到目前和飞机制造与国际先进水平存在差距，相对于国外A380、波音787、A350、A400 M、MC21和其他大型飞机落后至少7-8年。

以及国内设计能力、试验能力、生产设备和技术水平条件有限，对大型飞机复合构件的核算至少不小于25%（重量），采用机翼或水平舵复合结构。

同时对于复合材料零件的生产，自动铺带技术是目前最有效的制造工艺。

二、自动铺带技术的发展所谓的自动铺带技术，是利用数控设备帘布层，通过数字化，复合预浸料的自动化手段，连续自动切割和自动胶带放置。

主要工艺：复合预浸料卷安装在贴装头中，预浸材料由一组辊组成，由压辊按压机构或保形层制成或在工具上平面化。

复合材料自动铺放设备——基于预浸料的复合材料结构高质高效制造平台复合材料自动铺放设备——基于预浸料的复合材料结构高质高效制造平台中航工业制造所孙年俊先进复合材料因比模量、比强度高，抗疲劳、耐腐蚀、可设计和工艺性好，成为飞机结构重要发展方向之一。

轻质、高强、性能优异的复合材料成为理想的结构用材，并逐渐从小型、简单、次承力结构向大型、复杂、主承力结构过渡。

国外军机上复合材料用量普遍占结构重量的25%～50%；在民用领域，波音公司787飞机的复合材料用量达到50%，而A350XWB复合材料用量达到了创纪录的52%。

用于复合材料结构制造的先进专用工艺装备在国外迅速发展，特别是基于预浸料的复合材料自动铺放设备，包括自动铺带机和铺丝机，已在国外最先进的战机和民机制造中得到广泛应用。

这些先进铺放装备具有人工/半自动人工铺放所不可比拟的优点（对比如表1所示）。

复合材料铺放制造技术包括铺放装备技术、铺放CAD/CAM技术、铺放工艺技术、预浸料制备技术、铺放质量控制、一体化协同数字化设计等一系列技术，主要是自动铺放装备技术、应用软件技术以及材料工艺技术的融合集成。

其中自动铺放装备技术是整个技术的基础和核心，而铺放装备技术中最关键的是铺放头多功能集成技术和多坐标、多系统运动协同控制技术。

复合材料铺放制造过程为铺放头在多坐标联动控制下，快速准确地运动到复合材料将要铺放的模具表面，并按照铺放程序的指令准确、无误、高效、自动地完成装在专用卷轴上的预浸料（带或丝束）的铺放，包括完成送料、定位、切割、加热、压紧、回收等动作，保证铺放质量满足工艺要求。

欧美少数几个国家已具有较为成熟的复合材料自动铺放设备设计制造能力，研制了立式、卧式、龙门式、集成工业机器人等各种结构形式的复合材料自动铺带机和铺丝机，在机身、机翼、进气道等飞机大型复杂复材结构制造中得到应用，为提升复合材料在军机和民机中的用量做出了重要贡献。

国内在该设备研制方面尚处于原理性研究和工程样机研制阶段。

自动铺带技术在复合材料结构件疲劳断裂行为研究中的应用随着科技的不断发展，复合材料在各个领域中的应用越来越广泛。

然而，作为一种新型材料，复合材料的疲劳断裂问题一直是科学家和工程师们关注的焦点。

为了解决这一问题，研究人员们引入了自动铺带技术，以提高复合材料结构件的疲劳断裂行为。

自动铺带技术是一种用于在复合材料制造过程中自动焊接铺设连续纤维增强预浸料的技术。

相比传统的手工铺带工艺，自动铺带技术具有更高的工艺自动化程度和更好的工艺控制能力。

在研究复合材料结构件的疲劳断裂行为时，自动铺带技术可以发挥以下几个方面的作用：首先，自动铺带技术可以提高复合材料结构件的表面质量。

传统的手工铺带工艺容易产生褶皱和纤维空隙等缺陷，而这些缺陷会对材料的疲劳性能产生负面影响。

通过自动铺带技术，复合材料结构件的铺带过程可以更加均匀和精确，从而减少缺陷的产生，提高材料的力学性能和疲劳性能。

其次，自动铺带技术可以优化纤维布置方式。

复合材料的疲劳断裂行为与其纤维的布置方式密切相关。

通过自动铺带技术，研究人员可以精确控制纤维的走向和分布，以满足结构件在不同应力情况下的力学性能需求。

这种优化的纤维布置方式可以提高结构件的疲劳寿命，减缓疲劳断裂的发生。

第三，自动铺带技术可以实现复合材料结构件的渐进加载。

渐进加载是指在复合材料结构件的使用过程中，逐渐增加加载荷载的过程。

通过自动铺带技术，可以在制造过程中实现复合材料结构件的渐进加载。

这样一来，可以更加准确地研究疲劳断裂行为，并得到更可靠的数据。

最后，自动铺带技术可以提高研究的效率和可重复性。

传统的手工铺带工艺需要工人的手工操作，存在人为因素干扰和制造误差。

而自动铺带技术可以实现全自动化的制造过程，减少人为误差的发生。

这不仅可以提高研究的效率，还可以提高实验结果的可重复性，从而更准确地研究复合材料结构件的疲劳断裂行为。

综上所述，自动铺带技术在复合材料结构件疲劳断裂行为研究中具有重要的应用价值。

自动铺带技术在复合材料结构件波纹性能研究中的应用复合材料在诸多工业领域中得到了广泛应用，具有重量轻、高强度、耐腐蚀等优点。

而波纹结构则常用于改善材料的性能，例如提高刚度、增加屈服强度等。

在复合材料结构件的制造过程中，自动铺带技术是一种重要的工艺手段，可以实现高效、精准的复合材料制造。

本文将重点探讨自动铺带技术在复合材料结构件波纹性能研究中的应用。

首先，我们来介绍一下自动铺带技术。

自动铺带技术是采用横向的力矩进行复合材料织造的一种技术，它可以精确地控制铺带的位置和角度，从而实现复合材料的自动制造。

这种技术可以适用于各种不同形状和大小的复合材料结构件，并且可以实现高效率和高质量的生产。

在复合材料结构件中，波纹结构是一种常见的设计元素。

波纹结构可以通过改变纤维的取向和密度，使复合材料在承受载荷时具有更好的性能。

通过自动铺带技术，可以实现在复合材料结构件上铺设出各种形状的波纹结构。

铺带角度、层数和纤维取向的变化可以根据实际需要进行调整，以实现所需的波纹性能。

在自动铺带技术中，首先需要进行材料和工艺的选择。

复合材料的选择需要考虑到所需的力学性能、耐久性和成本等因素。

工艺的选择需要根据所需的波纹形状和尺寸来确定。

一旦确定了材料和工艺，就可以通过自动铺带机进行实际的制造过程。

自动铺带技术在实际应用中，能够有效地改善复合材料结构件的波纹性能。

首先，它可以实现复合材料的连续加工，避免了传统制造方式中的接缝问题，提高了复合材料的整体性能。

其次，自动铺带技术可以精确地控制波纹形状和尺寸，从而实现更好的性能优化。

例如，通过调整铺带角度和层数，可以使复合材料的刚度和屈服强度得到增强。

同时，自动铺带技术还可以实现纤维的优化布局，进一步提高复合材料的性能。

另外，自动铺带技术还可以实现复合材料结构件的自适应制造。

在制造过程中，可以通过传感器和控制系统实时监测材料的性能参数，根据需要进行调整。

例如，在实际使用过程中发现材料的刚度不足，可以通过自动铺带技术迅速调整波纹结构的参数，以满足其刚度的要求。

40航空制造技术·2011 年第 15 期FORUM复合材料自动铺带技术研究与应用中航工业北京航空制造工程研究所　周晓芹　曹正华　郑广强　薛向晨　梁宪珠　王永贵随着我国新型飞机项目的立项启动，复合材料用量以及大型整体构件的数量和尺寸不断增加，国内复合材料自动铺带技术得到迅速发展。

目前，北京航空制造工程研究所率先完成了我国首台大型复合材料构件自动铺带机的研制，并在此基础上深入开展了自动铺带技术研究。

周晓芹复合材料专业硕士研究生，工程师，主要从事复合材料自动铺带技术和纤维丝束自动铺放技术等方面的研究工作。

Research and Application of Automated Tape Laying Technology ofComposites坐标铺带头、高速移动横梁、高架桥式定位平台等组成，如图1所示。

除了传统数控机床X ，Y ，Z 三坐标定位以外，还有绕Z 轴方向的转动轴C 轴和绕X 轴方向摆动的A 轴，五轴联动以满足曲面铺带的基本运动要求。

● 自动铺带机联动坐标及行程范围：X ：20000mm；Y：6500 mm。

● 自动铺带机坐标速度：X 、Y ：60000 mm/min。

整机技术水平和性能指标达到了国外同类设备水平，能够满足新型飞机研制中大型复合材料构件的研制需求。

经过四十多年不断的发展与完善，自动铺带设备和技术在美国和欧洲已经成熟，并大规模应用于航空复合材料结构件的制造，如波音777飞机尾翼、水平和垂直安定面蒙皮，波音787翼面蒙皮，A340尾翼、水平安定面蒙皮，A380的安定面蒙皮和中央翼盒等。

自动铺带技术已经成为发达国家复合材料翼面类结构的典型制造技术之一。

随着我国新型飞机项目的立项启动，复合材料用量以及大型整体构件的数量和尺寸不断增加，国内复合材料自动铺带技术得到迅速发展。

目前，北京航空制造工程研究所率先完成了大型复合材料构件自动铺带机的研制，并在此基础上深入开展了自动铺带技术研究。

树脂基复合材料自动铺放技术进展第一篇：树脂基复合材料自动铺放技术进展树脂基复合材料自动铺放技术进展1. 前言用于航空航天器的先进复合材料构件主要采用热压罐成型技术制造。

自动铺放是替代预浸料人工铺叠,提高质量和生产效率的重要手段。

根据预浸料形态,自动铺放可分为自动铺带与自动铺丝两类:自动铺带(Tapelaying)采用有隔离衬纸单向预浸带(25~300 mm),多轴机械臂(龙门或卧式)完成铺放位置定位,铺带头自动完成预浸带输送剪裁、加热铺叠与辊压,整个过程采用数控技术自动完成。

自动铺丝(Fiber place-ment)采用多束(最多可达32根)预浸纱/分切的预浸窄带(3~25 mm),分别独立输送、切断,由铺丝头将数根预浸纱在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带(宽度通过控制预浸纱根数调整)后铺放在芯模表面,加热软化预浸纱并压实定型。

自动铺带与自动铺丝的共同特点是自动化高速成型,质量可靠,主要适于大型复合材料构件成型;其中自动铺带主要用于小曲率曲面构件(如翼面、壁板)的自动铺叠,由于预浸带较宽,以高效率见长;而自动铺丝侧重于实现复杂形状双曲面(如机身、翼身融合体),适应范围宽,但效率逊于前者。

自动铺放技术是数控机床技术、CAD/CAM软件技术和材料工艺技术的高度集成。

自动铺放源于上世纪60年代,在美国空军实验室支持下起步,后经ACT、CAI(计算机辅助设计)等计划支持,迅速发展:自动铺带机、自动铺丝机、各种预浸带/纱已经形成系列产品供应,用于多种航空航天器制造。

欧洲自动铺放技术近年来长足进步,形成自己的特色:如自动铺带的双头两步法和多带同步铺放技术,自动铺丝的旋转切割与预浸纱快速续接技术,这些技术大大提高了生产效率和适用性。

由于自动铺放成形采用的材料体系成熟度高,设计成型方法继承性好,易于数字化设计和自动化制造,已经成为发达国家飞机复合材料大型构件的主要成型方法:新一代大型飞机B787、A350的所有翼面采用自动铺带,而所有机身构件采用自动铺丝。

复合材料自动铺带机器人系统的设计与开发在当今工业领域中，复合材料在航空航天、汽车制造、建筑等领域有着广泛的应用。

为了提高复合材料制造的效率和质量，设计与开发一种高效的自动铺带机器人系统是至关重要的。

本文将详细探讨复合材料自动铺带机器人系统的设计与开发。

1. 引言复合材料是由两种或多种不同性质的材料通过机械或化学方法组合而成的新材料。

与传统材料相比，复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀性好等优点。

因此，复合材料在许多领域被广泛应用。

为了满足不同领域的需求，复合材料的生产需要高度自动化的生产线。

2. 自动铺带机器人系统的组成自动铺带机器人系统是指能够自动化完成复合材料的铺带工作的机器人系统。

它由以下几个主要组成部分构成：2.1 机械臂机械臂是自动铺带机器人系统的核心组件，它能够在三维空间中精确地运动。

机械臂的设计需要考虑其运动范围、载荷能力以及精度等因素。

现如今，基于伺服控制的多关节机械臂已经成为自动铺带机器人系统的主要选择。

同时，机械臂还需要配备相应的传感器，以实现质量控制和误差修正。

2.2 控制系统自动铺带机器人系统的控制系统是保证机械臂和其他部件协同工作的关键。

控制系统包括硬件和软件两部分。

硬件方面，它通常由运动控制卡、传感器和执行机构等组成。

而软件方面，则需要实现轨迹规划、动作控制和异常处理等功能。

2.3 铺带头铺带头是负责将复合材料铺带到工作区域的组件。

铺带头需要具备高速度、高精度和可靠性的特点。

此外，为了适应不同的铺带形状和材料特性，铺带头还需要具备一定的装备可调整性。

3. 自动铺带机器人系统的关键技术3.1 路径规划与轨迹生成自动铺带机器人系统需要能够根据零件的形状和尺寸，生成合理的铺带轨迹。

路径规划和轨迹生成是自动铺带机器人系统中的关键技术。

在路径规划过程中，需要考虑到复杂曲面的特点以及材料的性质，保证铺带的质量和效率。

3.2 感知与控制自动铺带机器人系统需要能够感知工作环境的状态，及时调整工作姿势和路径。

基于自动铺带技术的复合材料结构件强度评估研究引言：复合材料是一种由两种或两种以上材料组成的复合体，具有优异的力学性能和工程应用潜力。

在航空航天、汽车工业、能源等领域中，复合材料的应用广泛，其中复合材料结构件的强度评估是一个关键问题。

本文旨在研究基于自动铺带技术的复合材料结构件强度评估方法与技术。

一、自动铺带技术的原理与应用自动铺带技术是一种将预浸复合材料纤维排列在设计规定位置的技术。

其主要原理是通过控制复合材料纤维与树脂的比例、面积密度和纤维层次，实现复合材料结构件的定向排列和强度提升。

自动铺带技术具有高效、高精度和低浪费等优点，因此在航空航天和汽车工业等领域广泛应用。

二、复合材料结构件强度评估的重要性复合材料结构件的强度评估是确保结构件在实际工况下能够承受预期载荷的关键。

在设计和制造复合材料结构件之前，强度评估能够提前预测结构件的破坏行为，指导结构优化和性能改进。

因此，开展复合材料结构件强度评估研究具有重要的理论和实践意义。

三、基于自动铺带技术的复合材料结构件强度评估方法1. 宏观力学模型基于自动铺带技术的复合材料结构件强度评估可以采用宏观力学模型进行。

通过建立合适的力学模型，将复合材料结构件视为多层板，进行强度评估和应力分析。

该方法能够较为准确地预测结构件的破坏行为和强度性能。

2. 细观力学模型细观力学模型是一种更加精细的强度评估方法，通过考虑复合材料纤维和树脂的微观结构与相互作用，建立复杂的力学模型。

该方法考虑了材料的非线性和破坏行为，可以提供更为精确的强度评估结果。

然而，由于模型的复杂性，该方法对计算资源和计算时间的要求较高。

3. 数值模拟与有限元分析数值模拟与有限元分析是一种较为常用的强度评估方法。

通过将复合材料结构件离散化为多个小单元，利用有限元方法对结构件进行力学分析和强度评估。

该方法能够较为准确地模拟复合材料结构件在复杂载荷下的响应，定量地评估结构件的强度。

四、复合材料结构件强度评估的关键因素1. 材料性能复合材料的性能对结构件的强度评估具有重要影响。