大厚度復(fù)合材料層合板固化制度數(shù)值模擬

大厚度復(fù)合材料層合板固化制度數(shù)值模擬

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1、RESEARCH研究論文大厚度復(fù)合材料層合板固化制度數(shù)值模擬徐鵬,晏冬秀,劉衛(wèi)平,孫凱,孔嬌月,董柳杉(上海飛機(jī)制造有限公司航空制造技術(shù)研究所,上海200070)【摘要】采用數(shù)值模擬方法研究了X850預(yù)浸料層合板的固化過(guò)程,通過(guò)對(duì)比兩種不同固化制度下大厚度復(fù)合材料的固化放熱過(guò)程,以及料層中心的最大溫度值,對(duì)升溫過(guò)程的影響進(jìn)行了分析,最后與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果表明:升溫速率過(guò)快導(dǎo)致料層中心區(qū)域溫度過(guò)高,對(duì)零件質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響,可以通過(guò)適當(dāng)減緩升溫進(jìn)行很好的緩解。同時(shí),模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,說(shuō)明建立的模型符合X850預(yù)浸料的固化過(guò)程模擬要求,能夠?qū)袒^(guò)程和溫度歷程進(jìn)行定

2、量化的預(yù)測(cè)。關(guān)鍵詞:數(shù)值模擬;X850預(yù)浸料;層合板;大厚度復(fù)合材料;固化放熱過(guò)程N(yùn)umericalSimulationStudyoftheCuringProcessofLargeThicknessCompositsLaminateXUPeng,YANDongxiu,LIUWeiping,SUNKai,KONGJiaoyue,DONGLiushan(InstituteofAeronauticalManufacturingTechnology,ShanghaiAircraRManufacturingCorporationLtd.,Shanghai200070,China)【ABSTRA

3、CTlNumericalsimulationmethodwasemployedtostudythecuringprocessoflargethicknesslaminatewiththeresinofX850toughenedepoxy.Twodifferentcuringcycleswasstudiedtoanalysistheheatreleaseandthehighesttemperatureinthecenterwhencuring.Atlast,experimentaldatawasusedtoestimatetheaccuracyofthetheoreticalmodel

4、.Theresultshowsthatovershootoftemperatureoccursinthemiddlelayerbecauseofrapidheating,whichwillimpactthequalityofproducts,andthisunfavorableinfluencecanbeeliminatedbylowheatingrate.Meanwhile,theexperimentaldatawasusedtoestimatethesimulationmodel.Forthesimulationresultfitstheexperimentdateverywel

5、IthatthemodeIinthisstudycanbeconsideredsuitableforthepredictionofthecuringprocessandthetemperaturehistoryofX850resinsystemcomposites.Keywords:Numericalsimulation;X850toughenedepoxy;Laminate;Largethicknesscomposites;Curingcycletempera-turehistoryDOI:10.16080d.issnl671·833x.2017.1/2.099復(fù)合材料具有密度小、

6、比強(qiáng)度高、比模量高、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。熱壓罐法是制備高性能航空復(fù)合材料的主要方法,由于熱壓罐尺寸大,當(dāng)零件厚度較大時(shí),存在溫度控制延時(shí)的問(wèn)題。在升溫過(guò)程中,零件內(nèi)部由于固化反應(yīng)放出的熱量,存在溫度過(guò)沖的風(fēng)險(xiǎn)。一旦溫度超過(guò)允許范圍,材料的性能將會(huì)受到影響,甚至可能導(dǎo)致零件報(bào)廢。為了保證復(fù)合材料零件的性能,降低廢品率,對(duì)材料固化過(guò)程進(jìn)行研究十分必要[I-2]o目前的預(yù)浸料種類(lèi)繁多,新的樹(shù)脂體系也不斷涌現(xiàn),采用傳統(tǒng)的試錯(cuò)法周期長(zhǎng)、成本高,而且復(fù)合材料零件結(jié)構(gòu)多樣,一旦設(shè)計(jì)更改,又要進(jìn)行大量試驗(yàn),嚴(yán)重影響了研究和生產(chǎn)進(jìn)度[3--4]o數(shù)值模擬方法作為一種零成本的試驗(yàn)

7、方法,是一種良好的輔助制造手段。該方法僅需少量輔助試驗(yàn),就能夠?qū)Ξa(chǎn)品制造的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行分析和預(yù)測(cè),提供工藝優(yōu)化方案。本文采用自催化模型對(duì)X850預(yù)浸料的固化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,分析固化制度對(duì)大厚度復(fù)合材料層板溫度分布的影響規(guī)律[5-71。1數(shù)學(xué)模型樹(shù)脂基復(fù)合材料的固化是一個(gè)溫度一固化強(qiáng)耦合的過(guò)程【8】,此過(guò)程伴隨著熱量的傳遞,如圖1所示。加熱過(guò)程中,熱空氣流經(jīng)輔料和工裝表面,將熱量傳遞給輔料和工裝,再通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式傳遞給預(yù)浸料層,隨著溫度的變化,料層中發(fā)生

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