NCAMP 共享复材特性数据库(简 介)

NCAMP 共享复材特性数据库(简 介) 

《Shared composite material property databases》

NCAMP 的工作正在进行中，一些新材料正在进行测试。

多年来，HPC 为国家先进材料性能中心（NCAMP-Advanced Materials Performance ）及其建立中央 复合材料性能数据库的持续努力投入了大量资金。该组织的努力具有新闻价值： “ 与金属相比， 复合材料 确实还处于起步阶段， ”NCAMP 副主任 YeowNg承 认。“ 我们需要开发政府机构和原始设备制造商容易 接受的材料特性数据， 就像金属数据被接受 一样。 ”NCAMP 是堪萨斯州威奇托州立大学国家航空研 究所的一部分，自我们最近的报告以来，在实现这 一    目标方面取得了重大进展

标准化进展

正如复合材料行业从业者所知， 纤维和树脂的可 能组合数量——以及它们在加工过程中的组合方式— —几乎是无限的。尽管这种灵活性对设计师来说是 一 种福音， 但权衡的结果是，材料特性可能会有很大的 变化，有时甚至出乎意料。 NIAR 执行董事 John Tomblin 博士表示， 与金属不同， 金属的性能通常与所 使用的结构无关，复合材料的性能在很大程度上是在   制造过程中决定的。他指出， “ 纤维和树脂的比例、纤维的方向、帘布层计划和选定的制造工艺都会对最 终性能产生影响，直到零件固化并随后进行测试才能 知道。 ” 为了最大限度地降低关键飞机结构应用中的风险，有必要建立严格的材料和工艺控制以及测试制 度，以产生统计上有效的材料和设计容许值。

传统上， 大规模的、具有统计意义的测试项目都 是以巨大的成本进行的。尽管资金有时是通过飞机项 目或政府机构提供的， 但更多的是来自个别飞机结构 制造商自己。这种测试制度需要大量的时间和金钱，而且通常对通用航空制造商来说是令人望而却步的。因此，由此产生的数据库通常被认为是专有的，很少   （如果有的话）与其他制造商共享， Ng 说。“ 金属行 业在供应商和用户之间共享数据， 因为他们认为不值   得隐藏。 供应商毫无疑问地接受这些数据， ”Ng 指出。“在我们的行业中，这种自私的心态让我们付出 了代价。造成差异的不一定是材料，而是设计和工程。 ”

美国联邦航空管理局资助的高级通用航空运输实 验（AGATE）倡议推动了改变这种情况的努力。（FAA） 和美国国家航空航天局。（美国国家航空航    天局）。从本质上讲，AGATE 试图通过将生成基本复 合材料性能数据的责任从最终用户转移到生产该材料   的供应商， 来鼓励在通用航空中使用复合材料。目标是生成常用材料的数据集，并与飞机结构制造商共享 这些数据。数据库生成后，最终用户可以通过执行 一 小批样本测试来确认等效性，以验证其过程是否可以 产生与数据库中标准材料相关的结果相同的结果。因 此，指定用于飞机的复合材料的过程将大大简化并且 成本低得多。

虽然 AGATE 于 2001 年 11 月结束， 但 NCAMP 于 2005 年年中由美国国家航空航天局兰利研究中心（弗   吉尼亚州汉普顿）成立，作为 NIAR 的永久性国家中    心。NCAMP 的任务是继续 AGATE 的共享材料特性数 据任务——针对整个航空航天行业，而不仅仅是通用    航空——并将其提升到自我维持的水平。 NCAMP 与FAA 和复合材料手册（CMH-17， 前身为 MIL-HDBK- 17）合作。到目前为止，该集团已经完成了几个资格  和同等资格项目，并继续扩大其材料供应商的基础，Ng 说。“ 这里有很多事情要做， 尽管从外面看可能不 是这样。我们正在与各种各样的合作伙伴进行成本分   摊。”

现成的材料？

Ng 解释说， 根据资金来源，材料供应商要么向NCAMP 提供材料， 要么直接向参与的航空航天公司提 供材料， 这是一个由 45 名成员组成的名单， 其中包括  空中客车公司、贝尔直升机德事隆公司、波音公司、塞斯纳飞机公司、湾流航空航天公司、诺斯罗普 · 格   鲁曼公司、西科斯基飞机公司和 Spirit AeroSystems。这 些公司制造用于资格测试或等效测试的测试板，并将   其退还给 NCAMP 进行实际的实验室测试。大多数测   试由 NIAR 完成，但 NCAMP 也使用外部测试实验室，如辛辛那提测试实验室（俄亥俄州辛辛那提）和 三家材料供应商的实验室： 位于俄克拉荷马州塔尔萨 的 Advanced Composites Group 股份有限公司、位于加 利福尼亚州阿纳海姆的 Cytec Engineered materials 股份 有限公司（Tempe Ariz.）和位于犹他州盐湖城的Hexcel’s（Dublin， California）。 一些公司制作资格鉴 定小组， 而另 一些公司则在同一时间段内制作等效小   组。Ng 解释说，所有面板测试的属性都被汇集在 一起，以创建一个更大的数据集， 为航空航天公司提供    了一个更好的数据分布模型。所有生成的数据都符合    CMH-17 G 版对完整文件的要求。此外，它们符合美国交通部（DOT） /FAA 的一些指导文件，因此， 现在 比 AGATE 期间有更多的指导价值和作用。

FAA 检查员和工程师监督小组准备和见证测试， 以确保血统。Ng 补充说， CMH-17 的一些技术细节需 要解决。 “ 例如， CMH-17  目前只包括薄层水平的数   据， ”他指出。 “ 我们正在与 CMH-17 领导层合作，  将层压板级别的特性包括在内， 其中包括裸孔张力、  承载强度等特性，以便工程师能够更好地设计堆叠顺  序。希望我们的共识建立过程将使我们能够朝着这类  数据迈进。 ”

据 Ng 说， 在过去的 18 个月里， 已经达到了几个  里程碑。其中包括完成 Advanced Composites Group 股  份有限公司的几种 MTM45-1 产品形式的鉴定和等效性 测试，包括 6781 玻璃、 G30-500 平纹和 HTS 12K 单向 预浸料。NCAMP 还在完成对 Hexcel 的 8552 IM7 和AS4 单向预浸料坯的测试。 Hexcel 的 8552 AS4 平纹预 浸料以及 Cytec 的 5215 和 5250-5 预浸料的测试正在进 行中。

2008 年，NCAMP 获得了空军研究实验室（AFRL，Dayton， Ohio）复合材料和混合材料分公司的资助， 以生成材料性能数据， 并在高达500°F/260°C 湿和 550°F/288°C 干的操作条件下， 对 Renegade Materials Corp.（俄亥俄州斯普林伯勒）的  MVK-14 Freeform 聚酰亚胺 T650 3K 8HS 复合预浸料进 行鉴定。该材料被 NCAMP 成员投票选为飞机结构制   造商最需要性能数据的高温聚酰亚胺，因为它在飞机   和发动机应用中形成了钛的潜在替代品基体。 NCAMP 为测试计划编制了文件，包括测试计划、材料和工艺   规范。选择 Canyon Composites（Anaheim， California）  制造鉴定面板。 11 家航空航天公司正在参与对等计划，包括 ATK（犹他州克利尔菲尔德）、 BAE 系统公 司（弗吉尼亚州阿灵顿）、通用电气航空公司（俄亥   俄州辛辛那提）、古德里奇航空结构公司（加利福尼   亚州里弗赛德）和普惠公司（康涅狄格州东哈特福德）。 Ng 说，测试应该在 2011 年夏天的某个时候完 成。

NCAMP 于 2009 年末宣布， 其最新材料资格认证   计划再次基于 NCAMP 制造商和一级航空航天供应商   的成员投票，选择了  Cytec 的 5320-1 中等韧性热压罐    外预浸料系统和 Cytec 5276-1 高韧性预浸料系统。资金 由 AFRL/RXBC（AFRL 非金属材料部门的一部分）提供。NCAMP 正在与 Cytec 和参与的航空航天公司合作，选择产品形式（纤维、织物类型、面积重量等）。每个树脂系统将有两种产品形式合格。该项目    计划在两年内完成。 CYCOM 5320-1 由于其真空袋固化 能力、良好的热/湿性能和机械性能而备受关注，使其 成为不适合热压罐加工的大型结构的选择。

允许的信息

有关 NCAMP 项目和测试结果的信息可通过其在 线门户网站获得。可查看的内容不仅包括一般信息和 最新的 NCAMP 测试时间表，还包括材料特性数据报 告草案、统计分析、测试计划以及材料和工艺规范 (https://www.niar.wichita.edu/NCAMPPortal/) 。Ng 说， 数据可以通过门户网站免费向公众提供，尽管用户被 要求填写一份免费的在线注册表， 这将使 NCAMP 能 够提醒访问者更新。

该小组最近宣布了一个教程，与 CHM-17 合作， 关于“ 允许生成和等价数据分析的统计 ”，定于 7 月 19  日在科斯塔梅萨， 本次会议提供了与 CHM-17 会    议，将在本周余下的时间内举行。支付了教程的费用，与会者就有资格参加随后的会议。

Ng 总结道：“ 我们可以通过提供基本的材料允许 值、材料和工艺规范来提高复合材料行业的效率。通   过使复合材料更容易获得和使用， 我们有机会使车辆   更轻，交通系统更环保——我们希望激励所有材料供   应商参与进来。 ”

------  完  2010.7.1 ------

杨超凡       2023.10.12

杨超凡简介：飞机制造高级专家，近年专攻民机复合材料。原航空工业部首批研究员级高级工程师，享受国务院特殊津贴。