热压罐温度场分析与影响因素研究

热压罐固化成型是制造复合材料的常用方法,固化期间工装表面不均匀的温度场分布会使材料产生残余应力,从而影响材料的使用性能.翼梁采用复合材料热压罐工艺成型,根据热压罐的工作原理,建立了热压罐固化过程温度场模拟的有限元模型,分析了工装表面温度场的分布特点,给出了不同位置的温度曲线.研究了不同因素对工装表面温差的影响.计算结果表明,提高罐内气流流速、增大升温速率、选用低比热容与高热导率的工装材料能够减小工装表面的温差,有利于提高复合材料的成型质量.     

复合材料构件热压罐成型温度场研究

在热压罐固化工艺的热历程中,复合材料零件表面温度场分布的合理与否将直接决定产品的固化质量.以工字型零件和T型加筋壁板两种复合材料零件为研究对象,使用EC-3×8M和SCH-5.5×21M两种型号热压罐,同时选择炉温偶和零件偶两种控温方式对零件进行固化.通过分析温度场测试结果发现,控温方式、设备加热方式、升降温速率、热电偶的摆放位置、固化压力等因素均对零件的温度场有影响.     

热压罐成型变厚度层板缺陷研究

以S-2玻璃纤维／环氧648变厚度层板为研究对象，采用热压罐工艺成型，考察了不同铺层方式和阶梯宽度下缺陷的形成情况。研究结果表明，由于厚度梯度的存在，层板中容易产生纤维分布不均、富树脂、孔隙和分层缺陷，这与树脂的二维流动、纤维的滑移和结构的不对称性有关，铺层方式对各种缺陷影响显著。变厚度层板成型过程中倾角减小使得尺寸难以预测和控制，成型过程中应尽量避免树脂的流动。     

先进复合材料热压罐工艺成型过程压力监测技术

热压罐工艺是航空航天领域生产高性能复合材料构件最重要的方法,如工艺控制不利可能导致制件存在纤维架桥、屈曲、孔隙、分层、变形等缺陷,从而影响复合材料表面质量、力学性能以及可靠性。热压罐工艺过程压力监测技术,可为模具设计、工艺优化、缺陷形成机制分析提供有利的试验手段,提升复合材料成型制造技术水平。文中系统总结了复合材料热压罐成型工艺过程纤维、树脂、预浸料叠层承压测试方法及其适用性。     

先进复合材料热压罐成型固化仿真技研究进展

热压罐成型工艺是航空航天领域用复合材料构件的重要制备方法之一,工艺过程涉及热和压力在多相材料体系间复杂的相互作用,并影响复合材料成型质量.在物理化学作用机理研究基础上,建立数值模拟方法可有效指导工艺、工装的设计与优化,为先进复合材料研制模式从传统的积木式验证向数字化制造模式转变提供了有力的技术支撑.综述近年先进树脂基复合材料热压罐成型工艺数值模拟方面的主要研究进展,结合国内外研究现状,对热压罐成型工艺数值模拟的发展趋势及亟需解决的问题提出了几点思考.     

复合材料热压罐成型工艺仿真技术研究综述

工艺仿真技术是大型复合材料构件制造的重要支撑技术。在西方发达国家,仿真技术在大型复合材料主承力构件制造中的应用已趋于成熟。近10年来,我国工艺仿真技术研究也取得了阶段性成果,但是距国际先进水平仍有较大差距。对国内外复合材料热压罐成型工艺仿真技术研究现状进行综述,结合近期研究工作分析了国内航空制造领域对复合材料仿真技术的需求。最后,根据国内仿真技术现状对复合材料热压罐成型工艺仿真技术的发展提出建议。     

真空成型与热压罐成型复合材料的性能对比

针对一种碳纤维单向预浸料ZT7G/LT-03A及碳纤维平纹织物预浸料ZT7G3198P/LT-03A,采用热压罐成型工艺和真空成型工艺各制备了3批次复合材料,测试预浸料的物理性能以及复合材料层合板的力学性能,通过对两种制备工艺得到的复合材料力学性能、纤维体积含量及孔隙率的对比分析发现,该体系真空成型复合材料性能的保持率均在75%以上,有的甚至超过100%。对于碳纤维单向预浸料来说,层间剪切的保持率最低,0°拉伸强度的保持率最高;对于织物复合材料来说,0°压缩强度的保持率最低,0°拉伸的保持率最高。同时真空成型复合材料纤维体积含量较低,孔隙率较高,是影响其性能的主要原因。     

基于COMPRO 模型的复合材料热压罐成型工艺仿真

有效利用热压罐技术来实现复合材料成型的关键在于选择合适的工艺参数和制定合理的工艺
方案,虚拟热压罐工艺仿真可以有助于对固化过程进行预测,提高工艺设计效率,降低生产成本。本文介绍了
热压罐工艺仿真软件COMPRO 以及典型的固化过程分析模型(热化学模型、流动压实模型和应力变形模型)。
最后给出了影响COMPRO 数值模拟的关键参数及翼梁样件试验数据与数值模拟对比,COMPRO 可以较为准
确的预测固化工艺。     

基于XFlow的热压罐成型过程温度场模拟

针对热压罐成型过程中模具型面温度分布不均的情况,基于XFlow软件建立了一种热压罐成型过程的温度场模拟方法。相比于传统的基于网格的流体力学软件,使用XFlow有效缩短了前处理时间。使用XFlow软件建立了框架式模具在热压罐中强迫对流换热的有限元模型,计算结果与试验结果平均相对误差为1.83%,分析了成型过程中模具型面温度分布不均的原因,讨论了热压罐工艺参数对模具温度场的影响规律。结果表明:增大风速、减小升降温速率均可以有效降低模具型面温度标准差。     

筒状复合材料制件热压罐成型温度模拟及影响因素分析

筒状结构是航天飞行器的典型结构形式之一,其在热压罐成型工艺过程中多采用圆筒结构径向平面垂直于热压罐径向平面的放置方式,在其成型过程中筒状结构的迎风面、背风面、侧风面等可能会存在较大的温度分布不均匀现象,针对该问题,基于Fluent软件建立了考虑树脂固化反应放热的温度场分析方法,并选取圆筒结构典型位置的温度变化历程对仿真结果的有效性进行了验证,并且分析了圆筒结构的温度场分布特性。在此基础上,改变热压罐的升温速率,分析了圆筒制件内温度和固化度的分布变化规律。结果表明:对于圆筒结构热压罐成型过程,因为结构特性而带来的温度差异远远大于因传热引起的温度差异;热压罐升温速率从0.5K/min上升至5K/min,圆筒制件迎风面与背风面温度差值最大值仅增大1.1K,最大固化度差值仅增加2.08%,热压罐升温速率对圆筒结构温度场与固化度均匀性影响不大。研究结果对实际生产中圆筒结构的热压罐固化成型工艺优化有一定的指导意义。     

热压罐成型复合材料加筋壁板构件固化变形分析

针对热固性复合材料存在较为严重的固化变形问题,通过数值分析的方法对热固性树脂基复合材料加筋壁板的固化变形进行研究。选取热压罐成型复合材料加筋壁板构件做为研究对象,建立了热固性树脂基复合材料反应动力学模型、热压罐内复合材料温度场和固化变形场的时变模型,利用ABAQUS有限元分析软件Heat transfer模块计算热传递、General static模块分析变形场,计算分析温度、压力等典型工艺参数对T型加筋壁板固化变形的影响。结果表明：升温速率取3 K/min,罐内压力取0.4～0.6MPa,即可满足制件的加工精度要求也能够满足经济性要求;保温温度的提高和保温时间的延长均导致了本例固化变形的减小;双平台固化的结果不如单平台固化的;铺层一致性越高,对称性越好,固化变形越小。     

压辊材料及形状对纤维铺放压紧效果的影响

近年来纤维铺放（AFP）技术被广泛用于大型复杂飞机复合材料构件成型。为了保证纤维铺放过程的一致性,纤维铺放压辊必须在适应芯模型面的同时具有较好的压紧力分布均匀性。鉴于此,对不同弹性模量的压辊材料进行了试验分析,薄膜压力传感器及超声显微镜测试结果表明,低弹性模量的压辊材料变形较大,较好地适应了芯模表面,压力分布相对均匀且可以减少铺层的层间孔隙数量,硅橡胶压辊比聚乙烯压辊压紧力分布均匀性提高了50%~60%,铺层孔隙率降低了92.1%。针对孔隙分布主要集中在压辊两端及压紧力在压辊两端下降幅度较大的问题,采用ANSYS Workbench对压辊端部进行斜端面优化,得到最优倾斜角度为20°;测试结果表明斜端面压辊压力分布均匀性比直断面压辊提高了42.9%,铺层孔隙率下降了51.6%。     

复合材料帽型结构热压共固化成型质量研究

在共固化工艺条件下,采用不同结构芯模制备了复合材料帽型加筋构件。基于超声相控阵无损检测技术,分别开展了帽型结构不同部位成型质量检测与分析。针对帽型构件帽顶处的表面形状利用相控阵B扫进行了表征;通过闸门定位技术检测了帽边成型精度;查明了帽型结构卧边和蒙皮结合界面质量与超声衰减系数间的关联规律,提出了利用超声衰减系数表征共固化成型界面质量的量化模型。同时,在无损检测基础上,结合显微金相分析,对超声相控阵检测结果从微观的角度进行了验证,最终确定Φ12mm孔硅橡胶芯模为该工艺条件下的最佳芯模结构。     

数值模拟技术在热压罐工艺中的应用

随着复合材料和计算机技术的发展,数值模拟技术在复合材料工艺仿真中的应用也日益明显.总结分析了数值模拟技术在复合材料热压罐工艺中的研究进展,包括热压罐内流场仿真、固化放热控制、固化变形预测,以及热隔膜成型过程仿真的应用前景.随着大数据和复合材料自动化、智能化的发展,发展数值模拟技术是大势所趋.     

热压罐和RTM成型的C型框弯曲试验研究

通过热压罐和RTM成型工艺的复合材料C型框弯曲试验,研究了两种工艺方法对其承载能力及破坏模式的影响.试验结果表明:热压罐成型的隔框承载能力比RTM成型工艺高27.5％,且其分散性小;两种工艺的破坏位置一致,但RTM成型的隔框在平直段与弯曲段过渡截面处外壁先发生分层,而热压罐成型在该处外壁至破坏前才出现分层损伤.该结论可以为该型结构的工程应用提供有价值的参考.     

热压罐/真空辅助组合工艺成型复合材料及其质量评价

综合分析热压罐工艺和真空辅助成型(VARI)工艺的优缺点,并对两种成型工艺进行优势整合,开发出新型的热压罐/VARI组合工艺;对该新型工艺成型质量包括纤维体积分数及其厚度等进行评价,并与VARI成型对比.结果显示,热压罐/VARI组合工艺制件纤维体积分数可达60％以上,并且树脂固化前的保压时间越长,纤维体积含量越大,直至纤维体积分数到达一定数值.     

热压罐成型过程中框架式模具温度场模拟与分析

为了研究复合材料构件成型模具温度场,本文以某型飞机壁板的热压罐固化工艺为例,通过模型简化,利用FLUENT等仿真软件建立模具温度场的数值模拟模型,并将模拟数据与实验数据进行对比。结果表明二者平均相对误差为7. 4%。此外通过仿真模拟一组以支撑板厚度为变量的实例,两组以U、V两个方向的支撑板厚度为变量的对照组,通过判断模具型板表面温度方差大小,研究了支撑板厚度对模具温度场分布的影响规律。结果表明,模具温度场的均匀性随着支撑板厚度的增加而逐渐降低,其中U向支撑板厚度的变化对温度场均匀性的影响比V向大。