非对称铺层在复合材料大开口结构中的应用分析

用三维有限元方法,通过LUSAS HPM仿真软件分析了复合材料非对称层合板在热载荷、树脂固化收缩载荷下的固化变形情况,建立了材料力学性能、固化收缩量和温度与固化度之间的函数关系,考察了不同非对称铺层条件下层合板热翘曲变形。结果表明:层合板热翘曲变形与固化度、树脂固化收缩情况有着密切的关系,当非对称面出现在开口圆柱体内表面时能有效减少制件热翘曲变形,而非对称面出现在外表面时,制件的热翘曲变形加剧。     

典型复合材料结构固化变形仿真预测与控制验证

针对典型复合材料结构固化成型过程中变形难以控制的问题,本文对典型复合材料结构的固化变形进行仿真预测,从固化工艺和模具补偿两方面对固化变形加以控制和验证。固化工艺方面以各设计点变形数据为基础确定了最优固化工艺曲线,模具补偿方面提出了一种构件有限元模型自适应调整的方法,综合考虑固化工艺参数与模具型面补偿采用了一种基于全局补偿量的协同控制方法。结果表明,通过仿真模拟L形构件的固化变形误差为12.4%,借助响应面优化算法得到的L形构件最优固化工艺曲线其固化变形预测值与各试验设计点最大变形的最小值偏差不超过3.3%;T形加筋壁板有限元模型经自适应调整后,对于下表面与目标型面之间的偏差距离,数值模拟值与试验测量值的最大相对误差为17.20%。通过全局补偿量的协同控制方法对半筒形壁板的模具进行补偿,其固化变形最大值相比于传统单一模具型面补偿控制方法降低了接近90%。     

分区自加热复合材料模具设计与应用

直接使用复合材料制成的模具可大幅度减少模具–构件热膨胀系数不匹配导致的构件固化变形。复合材料模具自加热技术是实现构件高质、高效固化的重要发展方向,然而现有模具自加热方法难以避免地引入大量加热元件和线缆,在反复热循环后易导致模具结构失效,寿命缩短。针对上述问题,提出了一种基于电各向异性层合结构的复合材料模具分区自加热技术,通过向碳纤维层合板层间插入电导率调制层形成单向导电的碳纤维层合结构,直接对其局部通电形成若干可独立控温的条带状加热区域,最终在不引入任何加热元件、线缆的前提下,实现模具温度场的分区控制。相较传统自加热模具,分区自加热复合材料模具面内温度均匀性提高了92.1%,固化C型构件的回弹变形量减小了27.0%。分区自加热复合材料模具在满足与构件的热膨胀系数匹配的同时,实现了温度场的分区控制,为构件的高质高效固化提供了新思路。     

热固性树脂基复合材料固化变形研究进展

热固性树脂基复合材料结构在热压罐成型过程中,由于模具的约束作用,会导致工件内部残余应力的产生,进而引起工件回弹变形和翘曲变形.对影响残余应力和变形产生的各种因素进行了综述及分析,这些因素包括热膨胀、固化收缩、铺层方式、固化温度、模具热膨胀、气孔含量、热梯度分布、纤维含量梯度分布、降温速率、固化时间、纤维含量、模具表面处理、模具角半径和模具热传导性能.     

固化工艺影响L形复合材料制件固化变形研究

通过数值模拟方法,利用ABAQUS有限元仿真软件,模拟含R角的复合材料构件的固化过程.根据已有的固化工艺,比较不同工艺条件对复合材料构件固化过程中的温度场和固化度场及变形的影响.结果表明,合理地降低固化工艺温度和固化冷却速率可以减少残余应力的积累,缓解固化变形.     

模具材料线胀系数对复合材料固化变形的影响研究

为了研究模具材料线胀系数对复合材料固化变形的影响,面向复合材料零件热压罐固化成形工艺过程,针对复合材料成形模具材料与复合材料零件线胀系数不一致导致复合材料零件热固化变形的问题,研究了模具与复合材料零件相互作用关系,推导了模具对复合材料固化变形的理论模型,利用ABAQUS等仿真软件建立了模具温度场的数值模拟模型,并将模具热变形的模拟数据与复合材料零件变形的试验数据进行了对比分析。结果表明,不同材料模具型面各位置变形值与型面结构特征无关,与型面大小有关;模具材料与复合材料的线胀系数差异越大,复合材料零件变形量越大。     

复合材料角型材结构固化变形研究

本文提出了一种分析模型和计算公式，用于预测Ｌ型碳／环氧复合材料构件的固化变形。用直角型材模具制备的试件在室温下呈锐角，当重新加热至固化温度时，构件的角度不能合回复到直角状态。作者认为：复合材料角型材结构的经变形不仅与复合材料的热膨胀行为有关，还与树脂基体固化时的一积收缩效应有关。     

复合材料C/L型结构固化变形的影响因素分析

固化变形是影响复合材料零件结构成型几何精度的重要因素。产生固化变形的原因一般可以分为内因和外因:内因主要与材料属性和结构设计参数有关;外因主要与固化工艺和模具有关。固化时这些因素共同作用,在复合材料结构内部产生残余应力,脱模时导致构件发生变形。通过对已有试验结果的研究,总结了不同因素对复合材料结构固化变形的影响,为固化变形的工程预测和控制提供直观的数据参考。     

单曲面复合材料层合构件的固化变形计算

用建立在铺层热胀效应和化学收缩效应基础上的层合板等效自由固化应变,来描述采用对称均衡铺层设计的复合材料构件的固化变形特征。在此基础上给出一种相对简单、快速的有限元计算模型,用于预测单曲面层合构件的固化变形趋向,并给出相应的算例验证变形数值计算的精确程度以及与实际情况的吻合程度     

基于光纤光栅传感器的复合材料气瓶应变检测

针对复合材料气瓶应变检测的需求,提出了一种光纤光栅传感器植入碳纤维缠绕铝合金内衬的复合材料气瓶的方法,首先在室温下将光纤光栅传感器粘接在经过喷砂处理的铝合金内衬外表面,然后对粘接了光纤光栅传感器的铝合金内衬进行高温老炼,最后进行碳纤维缠绕和固化。开展了8只光纤光栅应变传感器植入复合材料气瓶的试验,其中6只传感器在复合材料气瓶150 ℃/1.5 h固化后保持存活,实现了复合材料气瓶固化、水压疲劳、高温试验等过程中的应变检测。结果表明,所提出的方法可以减小内衬的粗糙外表面导致的光纤光栅信号衰减,验证了光纤光栅传感器植入复合材料气瓶进行应变检测的可行性。     

U型复合材料结构件热压罐固化变形及补偿技术应用研究

以复合材料U型构件为研究对象,采用数值模拟的方法对U型件进行热压罐温度场的模拟,模拟出在不同时间段工装和工件的温度分布情况,模拟工件在工装传热和变形影响下的内部传热、固化度、最终变形情况和残余应力水平等。根据模拟结果,优化热压罐固化工艺参数,从而改善固化热变形问题,根据分析结果制定补偿方案并实施验证,同时优化工装结构形式,采用工装型面补偿技术对零件固化变形进行预补偿。结果表明,补偿后零件变形后的外形与理论几何外形相差1.37mm,验证了补偿技术的可行性。工装型面补偿技术可以有效提高复合材料结构件的制造精度。     

大型复合材料箱体成型模具设计

文 摘 为了制造合格的大型复合材料箱体，本文制定了箱体成型模具的设计和制造方案。某复合材料箱体属于大型长轴类产品，其成型模具挠曲变形及脱模力大。模具主体采用通长轴、周向辐板、轴向筋板和蒙皮组合的结构形式。模具通过无缝钢管、模具骨架及蒙皮形成的三维网状结构有效保证模具刚度，通过带斜度工作平面及变圆角设计大大降低脱模力，通过在顶出端使用更厚的钢板提升其在脱模时的可靠性。仿真结果表明，简支工况下模具最大应力值为42.9MPa，最大变形量为0.51mm；脱模工况下模具最大应力值为188.6MPa，最大变形量为0.5mm。根据模具结构制定了分别组焊、整体装配的加工工艺路线并完成了模具制造。仿真及模具实际使用结果表明，该模具满足复合材料箱体的生产需求。     

复合材料制造过程仿真技术综述

复合材料制造过程仿真技术的有效应用可以在复合材料构件设计之初对其制造过程中可能出现的缺陷,如分层、孔隙、温度不均、变形等问题进行预测,从而为优化构件结构、调整工艺参数或模具型面提供依据。对目前复合材料设计制造领域常用的一些软件进行简要介绍,并针对目前复合材料制造过程温度场分布和固化变形仿真技术中存在的问题进行了阐述与讨论。     

固化工艺参数对复合材料补片温度场的影响

基于热传导定律和固化动力学理论,建立了热固性树脂基复合材料固化过程的三维有限元模型,通过与文献实验结果的比较,验证了该模型具有较高的可靠性。采用该模型计算了AS4/3501层合板挖补修理固化过程的温度场和固化度场,并分析了固化温度及升温速率对补片中心点温度场和固化度场的影响。结果表明:在固化反应的起始阶段,固化温度和升温速率对补片温度和固化度的影响很小;随着固化反应的进行,固化温度和升温速率对补片温度和固化度的影响越来越大;在第二次升温阶段初期,固化温度对补片中心点温度的影响又逐渐缩小;在每次保温阶段末期,补片温度和固化度不再受升温速率的影响。     

用紫外光固化复合材料制备充气展开器件的研究

系统研究了8种热固化剂的固化工艺条件对环氧树脂／玻璃布预浸料经预热固化、紫外光固化的影响。研究结果表明，采用70酸酐为预热固化剂、碘鎓婧盐为光引发剂，用玻璃布／环氧树脂预浸料制成的空间充气展开器件，经预热固化后，具有较好的柔顺性，表面不发粘，有较长的贮存期，能堆叠成很小体积，在充气展开后经紫外光固化照射能迅速光固化，光固化后的复合材料具有较好的力学性能和尺寸稳定性，能满足空间充气展开技术的要求，从而为紫外固化复合材料在空间充气展开技术中的应用找到了一条新的途径。     

TC17钛合金铣削刀具磨损对残余应力影响研究

为了获得高性能航空发动机用TC17钛合金材料铣削过程中刀具磨损对残余应力的影响规律,通过对不同刀具后刀面磨损量下铣削工件表层残余应力的测试,建立了刀具磨损对残余应力的影响关系,并对影响机理进行了分析。结果表明,硬质合金刀具低速铣削钛合金时,刀具对已加工表面的挤光效应引起的残余压应力占主导地位;不同刀具后刀面磨损量下,残余压应力沿深度方向先增大达到一个最大压应力值后,然后减小趋向于零应力;表面残余应力、最大残余压应力以及残余应力的影响深度都随刀具后刀面磨损量的增大呈增大趋势。     

共固化成型复合材料加筋壁板的固化变形仿真技术研究

针对共固化成型的复合材料加筋壁板,建立了固化变形模拟计算流程,并开展了T800碳纤维/环氧树脂复合材料工形加筋壁板的固化变形预测,数值预测结果与试验测试结果吻合较好,验证了计算方法的合理性;基于模拟计算,进一步分析了温度工艺参数包括升/降温速率、保温时间等以及结构尺寸参数包括长桁宽度、高度和圆角半径等对加筋壁板固化变形...     

基于型面节点的复合材料构件模具型面修正研究

针对复合材料在热压罐中固化变形造成的零件尺寸误差、带应力装配、降低疲劳寿命等长期困扰航空、航天工业的问题,研究复合材料固化变形的影响因素、作用机理等,并利用基准点的位置坐标,实现两曲面间的匹配,提出变形修正的算法和切实可行的修正手段,从而在模具设计时对模具型面做相应的补偿,减少试模、修模次数,实现复合材料固化变形的有效控制,达到复合材料精准制造的目的。     

TiBw/TA15复合材料板材超塑变形行为研究

研究了TiB_w/TA15复合材料板材在900~960℃、5×10^-4~10^-2s^-1条件下的超塑变形行为。结果表明,TiB_w/TA15复合材料流变应力随拉伸温度的升高和应变速率的减小而降低,在940℃、5×10^-3s^-1变形条件下获得的最大超塑性伸长率为439%。利用Zener-Hollomn参数和Arrhenius方程所建立的峰值应力本构方程为ε·=3.55×10⁸[sinh(2.0×10^-2σ)]^1.99×exp(-6.381×10⁵/RT),其变形激活能Q=638.1kJ/mol。复合材料超塑性变形组织与拉伸温度和应变速率密切相关。高温低应变速率有利于基体α相的动态再结晶以及晶须与基体处孔洞的愈合,低温高应变速率下,孔洞更易萌生于增强相与基体结合界面的端部。动态再结晶对复合材料超塑性的发挥起着关键作用。