复合材料壳体固化成型过程残余应力和形变分析

大尺寸复合材料固化过程因加热不均,出现较大的温度梯度,进而导致固化不均匀;温度梯度和固化度梯度使得壳体内出现热应变和固化收缩应变,最终形成残余应力和结构形变。为分析复合材料壳体固化过程的结构变形,本文结合壳体的实际成型过程,考虑树脂的固化放热、固化收缩和复合材料的各向异性特性,采用CHILE(α)弹性模型,对复合材料壳体固化成型过程的热传递、残余应力衍化及固化变形进行数值研究。研究结果表明,凝胶点前,复合材料仅受到热膨胀作用;凝胶点后至降温前,受到热膨胀和固化收缩的共同作用,壳体先快速收缩后膨胀;降温阶段,壳体缓慢收缩。固化完成后,壳体的固化变形约为0.08,残余应力约为10~6N/m~2。     

复合材料壳体固化过程温度场数值分析

为解决固体发动机复合材料壳体固化成型过程中由于加热不均和固化不均导致的脱粘分层等质量缺陷问题,综合考虑了树脂的固化反应特性、固化炉内的热空气流动特性、复合材料物性参数的时变特性、模具和辅助材料的影响及其物性参数的时变特性,建立了壳体固化成型过程的热-化学耦合数学模型,数值模拟了固化过程中壳体温度的变化历程,获得了壳体固化过程中温度的变化规律。研究结果表明,模拟结果与测量结果的误差小于1.5%,表明所建立的模型能对壳体固化过程温度场进行较为准确的预估;壳体固化过程中没有出现放热峰,表明树脂的固化反应热对壳体固化过程影响微小;壳体固化过程中,最低温出现在临近接头区域。