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科技前沿

专栏|国际著名复合材料研究中心与大学介绍(一):美国普渡大学复合材料制造与仿真中心
来源:武汉理工王继辉教授课题组  2018-06-15 16:37:11
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原文:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-6638.html
       美国普渡大学复合材料制造与仿真中心(CMSC),是由普渡大学工学院与理学院联合建立的卓越复合材料研究中心,旨在通过先进的计算机仿真技术指导,推进并引领新一代复合材料制造技术的发展。同时,该研究中心还是实现复合材料相关科研成果转化的典范。CMSC位于普渡大学科学园内的印第安纳制造学院,于2016年竣工。研究中心占地面积4.5亩,其中航空航天与汽车用复合材料的制造与测试用地超过1.5亩。该中心掌握有系统的航空航天制造技术,包括预浸料自动铺放技术,热压罐成型工艺,及相关数控机床制造技术;另外,CMSC近期新开发了车辆相关制造技术,包括高压树脂传递建模、层压冲压工艺、注塑成型工艺以及3D增材制造技术等。
 

 
       1  研究方向。

       1.1复合材料制造仿真和验证。(1)开发系统全面的仿真软件,实现对复合材料的生产制备直至寿命预测的关联。(2)通过经实验验证的分析技术,提高复合材料产品认证,并将这些技术传授给当代和未来的工程师。(3)与工业界、学术界和政府合作,将分析技术推广给工程师。

       1.2复合材料增材制造技术。(1)预测和测量打印原件中出现的各向异性变形。(2)使复合材料建模达到与金属相同的精度和简易性。(3)实现高保真复合材料建模与传统FEA代码的无缝连接。

       1.3结构基因组的力学性能。(1)统一结构力学和微观力学的长度尺度。(2)复合材料建模具有与金属相同的精度和简易性。(3)采用传统FEA代码无缝接口进行高保真复合材料建模。(4)使用在cdmHUB上部署的SwiftComp来进行云仿真计算。

       1.4 cdmHUB在线复合材料社区。(1)复合材料设计与制造中心(HUB)cdmHUB(2)在社区推行分析认证(3)cdmHUB通过开发和传播仿真最佳实践,通过复合材料仿真工具的教育和评估,来支持分析认证。

       2 中心人员。     

       CMSC雇佣包括教授、研究生、本科生研究助理、全职研究工程师在内的大量高级专职人员,他们来自航空航天、化学工程、材料工程、航空技术和计算机图形技术等不同专业领域。从微观层面的原子学到宏观尺度的多尺度建模,研究者们均有涉猎,且拥有多年的复合材料制造、表征和仿真经验。

 



       3 CMSC设备

       (1) 来自Convergent Manufacturing Technologies的COHO 601-03泄漏检测系统、便携式套件箱、标准型号1无线设备;
       (2) 来自TA Instruments的流变仪DHR-2、环境测试箱套件、ARG22 Asphalt-para-plt配件、流量计、DMA、薄膜/纤维张力钳;
       (3) 来自CSI(Correlated Solutions Inc.)的数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)、 CSI VIC-2D / 3D笔记本电脑、 Vic-Snap远程控制平板电脑    PGR Grasshopper3 5.0MP相机瓦特/安装、NI 9215 4通道C系列电压输入模块,带NI cDAQ-9171 BNC紧凑型机箱、施耐德8mm,17m,35mm镜头、M30.5 x 0.5偏振滤光片;
       (4) 来自TA Instruments的动态机械分析仪(DMA);
       (5)  五轴数控机床;
       (6) Faro Technologies公司的七轴FARO EDGE激光扫描仪、 高清激光线探头、超级用户笔记本电脑、CAM2测量软件、Geomagic软件;
       (7) 注塑包覆机;
       (8) Cannon USA 高压 - RTM系统;
       (9) 奥林巴斯立体镜;
       (10) W. Nuhsbaum公司的LEICA DMI5000倒置显微镜;
       (11) 两台(2)三轴CNC,Hass,VF1,7500 rpm机器;
       (12) 250吨,温度高达1,000华氏度的热压机;
       (13) 具有55-kip,20-kip和5-kip容量的3 MTS载荷框架以及用于复合材料表征的相关固定装置;
       (14) 数字图像关联设备;
       (15) 奥林巴斯自动显微镜;
       (16) 渗透性表征系统;
       (17) 织物覆盖表征系统;
       (18) A Instruments的动态扫描量热仪;
       (19) TA Instruments的热重量分析仪’
       (20) 30吨,温度最高可达6000华氏度的压机

       4  重点研究领域   

       CMSC致力于复合材料的制造技术,团队具有制造,建模和模拟,性能预测,表征,实验验证,原型设计(包括复合材料快速制造)的能力。正是因为以上的全面发展,CMSC才能成为复合材料设计,制造和模拟的领导者。

       4.1 cdmHUB目标。(1)将复合材料仿真工具的开发速度提高一个数量级。(2)开发一套全面的仿真工具,将复合材料制造过程与寿命预测联系起来.。(3)通过实验验证分析来推进复合产品的认证。(4)将这些仿真工具使用方法传授于当代和后代的工程师。(5)与工业界,学术界和政府合作,将这些技能传授给未来设计复合材料性能特征的产品的工程师。
       4.2强大的制造过程。(1) 能够承受工艺变量和材料的自然变化(2)自我诊断和实时调整,在模具固化测量    纤维取向的验证    模具空隙检测;(3)快速反馈和学习
 
       4.3利用不断发展的计算能力。(1)共同的标准和规范并不是最终目的    导致不公正的因素,阻碍创新, 用尽量少的测试来确定新材料;(2)必须提高业界对设计和模拟复合材料能力的信心;(3)捕捉复合材料生产中的现象,以控制局部纤维取向,并利用各向异性和异质性实现接近最佳的制造和设计、拓扑优化和部件整合    质量设计最轻原则;
 

 
       4.4仿真技术目标驱动力。开发和推出复合材料模拟工厂中心(cvfHUB),加速为复合材料社区开发全面的工具集。在其他IACMI卓越中心部署集成仿真工具,以监测正在开发的制造过程。
 
       4.5仿真工具推进目标的验证。实验室规模实验验证和原型设计,其中包括输入性能参数,进行制造和性能模拟。
 
       4.6回收推进目标。从工厂回收的预浸材料和纤维,用于制造增值产品流。
 
       4.7技术领域。(1)车辆 -Michigan(2)风力涡轮机 -Colorado(3)压缩气体储存 -Ohio(4)创新设计,预测建模和仿真 -Indiana(5)复合材料加工技术 -Tennessee
文章来源:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-6638.html