大型復(fù)合材料構(gòu)件固化變形分析方法研究進(jìn)展

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1、封面文章COVERSTORY大型復(fù)合材料構(gòu)件固化變形*分析方法研究進(jìn)展ResearchProgressofCuringDeformationAnalysisMethodforLargeCompositeStructures西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院鄭錫濤劉振東梁晶大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)能夠減輕結(jié)構(gòu)重量、減少零件數(shù)量，降低裝配和使用成本，在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但其固化變形會導(dǎo)致一定的形狀誤差，難以滿足無應(yīng)力裝配的需求，因此有效預(yù)測大型復(fù)合材料構(gòu)件固化變形尤為重要。經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者的長期研究，已經(jīng)建立了較為完善的理論

2、基礎(chǔ)，但在工程實踐應(yīng)用中尚有待提高。DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.14.032鄭錫濤整體成型的大型復(fù)合材料構(gòu)件化過程的各個因素進(jìn)行簡要分析，并西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院教授，博士能夠減輕結(jié)構(gòu)重量、減少零件數(shù)量、給出有限元分析方法。生導(dǎo)師，航空結(jié)構(gòu)工程系主任。長期從降低生產(chǎn)成本與裝配成本。然而，由事航空復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為研于材料本身的各向異性、基體的固化復(fù)合材料構(gòu)件固化過程中的究與教學(xué)工作。主要研究興趣：復(fù)合材料損傷、濕熱效應(yīng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析、新收縮效應(yīng)、構(gòu)件與模具之

3、間的相互作溫度場分析型紡織復(fù)合材料力學(xué)性能宏細(xì)觀分析、用等因素，結(jié)構(gòu)內(nèi)部將不可避免地產(chǎn)先進(jìn)航空復(fù)合材料構(gòu)件采用熱試驗技術(shù)等。主持國家自然科學(xué)基金、生殘余應(yīng)力，進(jìn)而引起復(fù)合材料結(jié)構(gòu)壓罐工藝成型時，在升溫過程中的熱中航創(chuàng)新基金、航空科學(xué)基金、國際合作項目、航空預(yù)研課題等50余項，獲省部件在脫模后產(chǎn)生回彈變形以及翹曲源有2個：外熱源（熱壓罐的加熱過級科技進(jìn)步獎5項，授權(quán)專利5項，主編變形。這種固化變形會產(chǎn)生一定的程）；內(nèi)熱源（樹脂基復(fù)合材料固化專著和教材3部，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和尺寸誤差，從而使復(fù)合材料構(gòu)件無法放

4、熱過程）。會議上發(fā)表論文110余篇。滿足現(xiàn)代飛機(jī)無應(yīng)力裝配的要求，這1外部熱源對復(fù)合材料固化過程中種現(xiàn)象在大型飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件上溫度場的影響尤為明顯。為預(yù)測并控制這種變形，外熱源對固化過程的影響主要國內(nèi)外學(xué)者對復(fù)合材料的固化變形表現(xiàn)在熱壓罐環(huán)境溫度變化導(dǎo)致模*西北工業(yè)大學(xué)研究生創(chuàng)意創(chuàng)新種子基金資助。進(jìn)行了大量研究。本文將對影響固具溫度發(fā)生改變，進(jìn)而影響復(fù)合材料32航空制造技術(shù)·2015年第14期封面文章COVERSTORY構(gòu)件的溫度場。目前，外熱源對復(fù)合3復(fù)合材料構(gòu)件固化過程中的溫度值出現(xiàn)在20%~40%

5、附近。自催化材料溫度場的影響，主要集中在2方場分析模型的具體形式為：面：（1）熱壓罐內(nèi)氣體流動傳熱過程大多數(shù)的研究者采用傅里葉熱dα=(k+kαm1)(1?α)n112，（5）dt導(dǎo)致的熱壓罐內(nèi)部溫度場分布不均傳導(dǎo)控制方程描述復(fù)合材料固化過??Eai??Eai??EaRTi勻；（2）模具設(shè)計原因?qū)е碌哪＞咝统讨械臒醾鲗?dǎo)，復(fù)合材料構(gòu)件中的熱ki式中，=Aieki=AieRTRT(i=1,2)，k1和k2為面溫度場分布不均勻。平衡方程可以采用式（2）表達(dá)。反應(yīng)速率常數(shù)，Ai為是頻率因子，m1針對熱壓罐內(nèi)部溫度

6、場分布情ρ(α,T)C(α,T)?T=?(k?T)+?(和k?nT1為反應(yīng)級數(shù)，Δ)+?(k?T)+ΦEa為自催化模pxyzi[1]?t?x?x?y?y?z?z況，張鋮等利用計算流體力學(xué)中型的活化能。?T??T??T??T的三維非定常N-S方程，以及湍流ρ(α,T)Cp(α,T)=(kx)+(ky)+(kz)+ΦΦ，（2）?t?x?x?y?y?z?z模型，模擬了熱壓罐強(qiáng)迫對流換熱材料性能隨固化反應(yīng)的式中，ρ（α，T）為復(fù)合材料密度；Cp變化條件下的溫度場分布情況。賈成貴（α，T）為復(fù)合材料比熱容；T為絕[

7、2]等經(jīng)過試驗，測得有效工作容積為隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行，復(fù)合材料對溫度；kx、ky、kz分別為復(fù)合材料沿φ2.6m×8.0m的熱壓罐，實際達(dá)到的力學(xué)性能也會發(fā)生變化。目前模x、y、z方向的導(dǎo)熱系數(shù)。的溫度均勻度為±2.5℃，熱壓罐空載擬材料性能隨化學(xué)反應(yīng)變化的方式溫度場均勻度較好。針對模具因素導(dǎo)固化動力學(xué)模型主要有兩種：（1）由試驗測定在不同[1]致的型面溫度場不均勻，張鋮等研的固化階段下材料的力學(xué)性能，并進(jìn)固化反應(yīng)動力模型通過數(shù)學(xué)形究了熱壓罐內(nèi)采用框架式模具進(jìn)行行擬合；（2）認(rèn)為纖維性能不變，樹式來描述在

8、某時刻或溫度下，樹脂已固化成型時，框架式模具型面上的溫脂性能隨化學(xué)反應(yīng)變化，然后從細(xì)觀轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)化速率之間的度場分布情況。梁憲珠等指出框架力學(xué)出發(fā)擬合復(fù)合材料性能。關(guān)系。目前，國內(nèi)外學(xué)者對固化過程[6]式模具升降溫快，有利于模具各點溫White等針對AS4/3501-6在的描述主要分為唯象模型和機(jī)理模[3]度均勻。[5]不同固化度階段下的性能進(jìn)行了試型。從工程實踐角度出發(fā)，唯象模由于框架式模具各點溫度分布驗測定，認(rèn)為復(fù)