資源描述：
《淺析先進(jìn)復(fù)合材料熱壓罐成型固化仿真技術(shù)研究進(jìn)展》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、淺析先進(jìn)復(fù)合材料熱壓罐成型固化仿真技術(shù)研究進(jìn)展先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料因具有高比強(qiáng)度、高比模量、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、耐腐蝕、抗疲勞、易于整體成型等優(yōu)異的綜合性能，廣泛應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域。熱壓罐工藝是航空航天飛行器用復(fù)合材料的重要制備方法之一。復(fù)合材料熱壓罐成型工藝中熱壓罐內(nèi)高溫高壓氣體作用下復(fù)合材料和復(fù)合材料構(gòu)件同時(shí)成型，工藝過程中復(fù)合材料涉及熱和壓力在多相材料體系即工裝、模具、輔助材料、纖維與樹脂復(fù)合體系等之間復(fù)雜的相互作用，當(dāng)材料類型及復(fù)合材料構(gòu)件形式等改變后，工裝、模具、工藝參數(shù)等往往需要重新設(shè)計(jì)優(yōu)化。傳統(tǒng)的試錯(cuò)法研發(fā)模式從試樣到縮比件到試驗(yàn)件需要
2、經(jīng)過反復(fù)多次試驗(yàn)，研究費(fèi)用高，復(fù)合材料制造質(zhì)量的可控性差，制件合格率低，制約復(fù)合材料研制效率和應(yīng)用?！ ∶绹筒ㄒ艄驹?001~2004年共同實(shí)施快速插入復(fù)合材料(AIM-C)計(jì)劃，在充分的應(yīng)用基礎(chǔ)研究前提下，建立新材料或已有材料新應(yīng)用的設(shè)計(jì)知識庫，采用數(shù)值模擬技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)積木式驗(yàn)證分析方法，提高驗(yàn)證分析效率，支撐新型樹脂基復(fù)合材料在飛行器結(jié)構(gòu)上的快速、可靠應(yīng)用，縮短復(fù)合材料應(yīng)用時(shí)間40%~50%，降低成本33%。中航工業(yè)哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司開展了數(shù)字化技術(shù)在復(fù)合材料構(gòu)件研制中的應(yīng)用研究，旨在建立復(fù)合材料構(gòu)件從設(shè)計(jì)、制造、檢測等
3、過程的數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造一體化體系，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料研制過程的仿真和數(shù)字量傳遞，提高研制效率。高效質(zhì)量可控的樹脂基復(fù)合材料構(gòu)件制備的關(guān)鍵在于工藝、工裝及模具等方案的優(yōu)化，在工藝過程物理化學(xué)作用機(jī)制基礎(chǔ)上，建立數(shù)值模擬方法，深入分析各種因素對復(fù)合材料成型質(zhì)量影響規(guī)律，揭示缺陷形成機(jī)制，基于數(shù)值模擬技術(shù)的復(fù)合材料構(gòu)件虛擬制造可為工裝、工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供依據(jù)，為先進(jìn)復(fù)合材料研制模式從傳統(tǒng)的試錯(cuò)或積木式驗(yàn)證向數(shù)字化制造模式轉(zhuǎn)變提供了有力的技術(shù)支撐。 復(fù)合材料熱壓罐成型固化仿真技術(shù) 熱壓罐成型工藝原理，根據(jù)熱、壓力傳遞特點(diǎn)，可以歸納為熱壓罐內(nèi)壓縮氣體與固體
4、材料之間的交互作用和纖維與樹脂復(fù)合體系內(nèi)的物理化學(xué)作用，而纖維與樹脂復(fù)合體系內(nèi)部物理化學(xué)作用可分為熱傳導(dǎo)/固化反應(yīng)行為和樹脂流動(dòng)/纖維密實(shí)行為。熱壓工藝樹脂流動(dòng)/纖維密實(shí)過程是樹脂流動(dòng)與纖維多孔介質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)變形的耦合作用，區(qū)別于不可壓縮多孔介質(zhì)內(nèi)滲透流動(dòng)，一方面樹脂流動(dòng)性受溫度和樹脂固化反應(yīng)的影響;另一方面樹脂流動(dòng)與纖維密實(shí)影響孔隙、富樹脂等缺陷的形成。熱化學(xué)過程決定著樹脂黏度、樹脂固化反應(yīng)程度，影響著樹脂流動(dòng)以及殘余應(yīng)力和固化變形等。而工裝模具、輔助材料直接影響熱壓罐壓縮氣體作用在纖維與樹脂復(fù)合體系的熱和力。國內(nèi)外學(xué)者針對復(fù)合材料熱壓罐成型固
5、化過程物理化學(xué)作用開展了大量研究，旨在建立有效的數(shù)值模擬方法，指導(dǎo)新材料、新結(jié)構(gòu)的工藝、工裝設(shè)計(jì)與優(yōu)化?！ ?熱壓罐氣體與固體材料之間交互作用仿真 在復(fù)合材料熱壓罐成型工藝過程中，大型框架式模具的溫度分布受到罐內(nèi)氣體熱交換、模具本身結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料固化放熱和工藝輔料傳熱特性等多種因素的影響，工裝模具溫度均勻性直接影響復(fù)合材料構(gòu)件溫度均勻性和固化變形等成型質(zhì)量，工裝模具溫度場的預(yù)測對于指導(dǎo)大型框架式模具設(shè)計(jì)具有重要意義，因此，熱壓罐內(nèi)模具溫度場仿真也已受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前，大多采用流體計(jì)算軟件如Fluent、CFX、ACE等，針對熱壓罐內(nèi)氣體
6、、工裝、復(fù)合材料構(gòu)件等材料內(nèi)部溫度分布規(guī)律開展數(shù)值模擬分析。熱壓罐有效尺寸均為工業(yè)用大型熱壓罐，如φ2.5m7m、φ5.5m13m、φ4.5m15m，工裝以典型的框架式結(jié)構(gòu)為主，復(fù)合材料制件形狀包括曲面蒙皮、變厚度蒙皮加筋結(jié)構(gòu)?！ ≈饕硎腔谟?jì)算流體力學(xué)中連續(xù)、運(yùn)動(dòng)、能量方程，建立熱壓罐內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱的溫度場三維非定常數(shù)值模擬方法，模擬熱壓罐內(nèi)模具的溫度分布，并可以對固化工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)參數(shù)和模具擺放位置等因素進(jìn)行研究，優(yōu)化熱壓罐以及構(gòu)件內(nèi)部溫度分布情況。根據(jù)仿真分析對象不同，可歸納為如下幾種情況： (1)在無工
7、裝情況下熱壓罐內(nèi)氣體溫度分布仿真。高玉峰等針對熱壓罐空載溫度場進(jìn)行分析，結(jié)果表明測量點(diǎn)的仿真計(jì)算溫度在實(shí)際測量值-4.5~+2.5℃的正負(fù)偏差之間，仿真數(shù)據(jù)同現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)非常接近，驗(yàn)證了仿真方法用于判斷熱壓罐設(shè)計(jì)是否滿足要求的有效性，同時(shí)，表明在空載情況下熱壓罐內(nèi)溫度分布較均勻?！ ?2)在僅含工裝情況下熱壓罐內(nèi)工裝溫度分布仿真。張旭生等基于Fluent軟件，針對一字型、十字形、T型3種不同風(fēng)道結(jié)構(gòu)對框架式模具溫度分布進(jìn)行模擬，指出T型風(fēng)道對改善溫度場均勻性效果最優(yōu)，模具型面溫差為2.09℃。林家冠等利用Fluent軟件提供的內(nèi)部風(fēng)扇邊界條件，
8、模擬框架式模具風(fēng)道處風(fēng)扇對模具溫度分布的影響，結(jié)果表明框架式模具通風(fēng)口處安裝風(fēng)扇可改善熱壓罐內(nèi)流場的均勻性?！ ?3)含有模具和復(fù)合材料構(gòu)件的熱壓罐內(nèi)
