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热压罐工艺仿真手艺

优秀文章来由:获取法律义务导出:代办员人气值:颁发时辰:2016-09-24【

热压罐加工工艺仿真技术手艺人

跟着FEM和CFD仿真手腕的成长,操纵仿真手腕替换局部试模,预告试模的成果已成为能够或许。经由进程仿真手腕能够或许摹拟热压罐工艺进程中罐内的流场环境、温度场散布、预浸料的固化进程,和终究工件的变形和剩余应力等。而在停止了大批的假造仿真实验以后,则可操纵神经收集成立热压罐工艺的常识库和专家系统,从而指点工装工件摆放、工装设想和诸多工艺参数的优化,从底子上转变热压罐工艺计划的设想体例。 内容来自123456

    热压罐工艺起头于20世纪40年月,在60年月起头普遍操纵,是针对第二代和好資料的出产而研制开辟的工艺,特别在出产蒙皮类整机的时辰阐扬了庞大的感化,现已作为一种成熟的工艺被普遍操纵。由热压罐工艺出产的复合资料占全数复合资料产量的50%以上,在航空航天范畴比重高达80%以上。热压罐工艺已在各个复合资料零部件出产厂被大批操纵。跟着国防手艺的高速成长,产业范畴对复合资料的成长提出了更大、更厚、更庞杂的请求,这使新产物的翘曲变形、剩余应力程度和分层开裂等题目浮出水面。今朝处理热压罐工艺诸多题目标�𝓰�体例仍是接纳试模的体例。由于复合资料本身昂扬的价钱、较长的工艺时辰和热压罐工艺本身的庞杂性,试模体例必定要破费大批时辰和本钱,且难以归结履历。 123456

    跟着FEM和CFD仿真手腕的成长,操纵仿真手腕替换局部试模,预告试模的成果已成为能够或许。经由进程仿真手腕能够或许摹拟热压罐工艺进程中罐内的流场环境、温度场散布、预浸料的固化进程,和终究工件的变形和剩余应力等。而在停止了大批的假造仿真实验以后,则可操纵神经收集成立热压罐工艺的常识库和专家系统,从而指点工装工件摆放、工装设想和诸多工艺参数的优化,从底子上转变热压罐工艺计划的设想体例。 copyright 123456

    热压罐工艺仿真计划

copyright 123456

    复合资料的热压罐成型工艺进程是一个触及对流换热、布局热变形和固化相变反映的庞杂物理化学进程。完全的热压罐工艺阐发计划招斟酌的身分应包含:

    · 罐内的流场与流固间对流换热;
    · 预浸料铺覆进程中的纤维剪切感化;
    · 真空袋、吸胶纸等对传热进程的影响; 123456
    · 预浸料的固化反映与放热;
    · 压实进程中树脂在纤维床中的活动;
    · 模具的传热与热变形;
    · 预浸料玻璃态转变前后资料机能变更;
    · 模具与预浸料的彼此感化与脱开进程。
    连系仿真手艺,完全的热压罐工艺仿真计划的仿真流程(图1)应包含:
123456

(1)罐内流体传热阐发非布局网格的疾速分别,包含工装地位的疾速点窜;
    (2)罐内流场的CFD阐发,计较流固间对流换热的温度场散布;
    (3)固化方程求解模块,撑持与罐内对流换热阐发的双向耦合;
    (4)压实进程中的树脂渗入阐发,取得压实后纤维体积含量的变更环境;
    (5)预浸料铺覆阐发模块,批改纤维铺设标的目标;
    (6)复合资料翘曲变形阐发和剩余应力预告。 12💯3,12✤3

    可见,对热压罐工 艺的仿真研讨能够或许分为罐内对流换热研讨和工件翘曲变形阐发两局部。前者的研讨重点为工件摆放体例的预告、模具外表的温度散布展望、电扇功率、加热曲线等工 艺参数对温度场的影响等;后者首要研讨工装工件之间的彼此感化、工件的固化度散布并终究预告工件的翘曲变形和剩余应力程度。对产物德量的预告是热压罐工艺仿真的终究目标。

    罐内的对流换热阐发是固化变形阐发的条件。工件的固化变形遭到外部温度散布、本身固化度和模具热变形3个首要身分影响,而这3个影响身分都与工件四周的 温度散布和温度变更进程有关。树脂在固化进程中会因高份子的胶联反映而开释大批的热量,凡是1kJ树脂完全固化的放热量在几百kj的量级,而树脂的热容在 1500J/(Kg·℃)摆布,因此,在绝热环境下,若是固化反映放出的热量全数用于树脂升温,树脂因固化发烧使本身温度的进步能够或许到达上百度。在RTM 工艺的现实操纵中,也确切存在因固化反映过于猛烈,散热不迭时而致使的复合资料烧芯环境。 copyright 123456

    对热压罐工 艺,由于模具的热传导和氛围活动引发的对流换热,这些反映放热会差别程度地被流失掉,流失程度受模具资料、真空袋/吸胶纸等工装资料的热导率、罐内流场情 况等较着影响。因此在研讨罐内流场时必须将流场计较、对流传热求解与固化反映放热双向耦合起来,才有能够或许精确地取得工装工件外表的温度散布环境。

    致使复合资料固化变形的间接缘由是布局上各点处应变在时辰进程上的堆集。应变由外应变和内应变两局部组成,外应变首要指由于布局的束缚状况和外力载荷引发的应变;内应变又包含热缩短应变和固化缩短应变两局部,指由温度载荷和固化反映致使的树脂固化缩短致使的应变。 123456

 εEij=εTij+εCij,(1)此中,热缩短应变可描写为:εTij=∫αij(T,X). eT/ et.dt,(2)固化缩短应变可表述为:εCij=∫βij(T,X) eX/et.dt,(3)式中,εEij为内应变,εTij为热缩短应变,εCij为化学缩短应变,αij(T,X)为热缩短系数,βij(T,X)为固 化缩短率,T为温度,t为时辰。

    今朝,比拟罕见的阐发翘曲变形的体例只能斟酌层合板的热变形,研讨东西也常常针对非对称铺层的层合板布局,而对对称布局的层合板固化变形研讨较少。ESI团体的复合资料热力耦合阐发软件SYSPLY接纳SWEREA SICOMP模子[1-6],能够或许斟酌复合资料玻璃态转变前后的热缩短系数差别和固化缩短特点,经由进程成立三维层合板模子,阐发复合资料布局的固化变形(图2)。 123,123

SICOMP摸具可描述为: 

    σij=Crijkl(εkl-εEkl)(T≧Tg(X)),Cgijkl(εkl-εEkl)-(Cgijkl-Crijkl),(εkl- εEkl)/t=tvit(T硅胶的凝固度可以选择Kamal-Sourour计数公式刻画:dα/dt=(K1exp(-E1/RT)+K2exp(-E2 /RT) αm)(1-α)n.(5)而有机玻离钢钢态变为工作高温可由DiBenedetto方程组式刻画:Tg-Tgo/Tg∞-Tgo=λχ/1-(1-λ) χ,(6)式中,Crijkl为胶态钢度,Cgijkl为有机玻离钢钢态钢度,εkl为外应对力速率,εEkl为内应对力速率,tvit为引起有机玻离钢钢态变为的戌时,K1、K 2、E 1、E 2、R为Kamal-Sourour的未定因子,Tg为有机玻离钢钢态变为工作高温、Tg0为凝固度为0时的有机玻离钢钢态变为工作高温,Tg∞为凝固度为1时的有机玻离钢钢态变为温 度,χ为凝固度,λ为DiBenedetto方程组式中的主要参数,是与材质 相干的常数。假定硅胶的疑胶点为α=0.5,则:当α<0.5且T>Tg 时,硅胶呈固体,无承载力引起;当α>0.5且T>Tg时,硅胶呈胶态,基于全数凝固过程硅胶均出于小应对力速率度,胶态硅胶的本构可即为线弹 性; 内容来自123456

    当T>Tg时,硅橡胶完全磨砂玻璃态转化,材质 本构呈线回弹性。

    预浸料经途守护流程回填守护流程使过盛的硅橡胶流入了吸胶纸,才能放肆预浸料的氯纶体型大小浓度。在这一项守护流程中会有的硅橡胶项目和氯纶床的迁徙俩个一定项目,因此氯纶床的迁徙目前 压差兼得在的滑动摩擦,可能会导致最终氯纶体型大小浓度在它的厚度标签对象上会有的系数[7]。对扁平类件,同类氯纶体型大小浓度的系数特小;而对翻边倒角处,因此承载力遍布欠均和同 等范围的吸胶纸对应着的预浸料体型大小却别,可能会导致氯纶体型大小浓度在翻边库中的两边的却别对比较着,最终直接影响翻边处的回弹角程度上。 copyright 123456
  项目产自123456

    预浸料在曲面上的铺覆进程会对加强体形成剪切和挤压,从而致使纤维铺设角度产生变更,当剪切角跨越预浸料的极限角时乃至能够或许引发褶皱(图3)。纤维角度的 变更会引发局部热缩短系数和模量的转变,从而对终究的翘曲变形和剩余应力散布形成影响。较着,铺覆感化的影响程度受工件多少描摹的影响,对曲率较大的工 件,这类感化的影响绝对较着。

在固化变形阐发中,热缩短与固化缩短决议了预浸料应变能的程度,而预浸料的束缚体例则间接决议了剩余应力在布局上的散布状况。剩余应力在厚度标的目标上散布的 不均衡致使了布局的翘曲变形。图4为接纳不异预浸料,履历不异的温度进程,在差别束缚体例下的两个L型件的变形计较成果。左图L 型件外侧施加全束缚,固化竣事后开释束缚;右图L型件内侧施加全束缚,固化竣事后开释束缚。可见,接纳差别的束缚体例将较着影响终究的变形成果。 copyright 123456

在现实环境中,跟着温度的降落,由于工件与模具的热缩短系数差别,金属模具的缩短较着大于工件,从而在工件与模具的打仗外表产生剪切应力[8]。当剪切应 力跨越某一阈值时,工件与模具脱开,局部剪切应力开释。图5为工件与模具脱开进程的摹拟。位移曲线的第一阶段斜率较大,这是由于金属的热缩短率较大,模具 与工件贴合在一路。当到达脱开点时,位移产生猛烈变更,以后位移随时辰的斜率较安稳,表征复合资料较小的热缩短率。
本文来自123

不言而喻,工件与模具的脱开条件和脱开进程将较着影响工件终究的翘曲变形程度。而今朝,工件与模具的脱开模子与脱开原则尚缺少实际研讨和实验撑持。 copyright 123456

    竣事语 小编来123

    航空航天产业的高速成长对复合资料提出了愈来愈高的请求,愈来愈多的零部件将被替换成复合资料产物。经由进程传统的试模体例肯定工艺计划须要破费大批的时辰和本钱,且难以归结各工艺参数对产物德量的影响纪律。接纳假造仿真手艺,用假造实验替换局部试模无望转变这个近况。而经由进程堆集大批的假造实验成果能够或许成立热压罐仿真常识库和专家系统,从而阐发温度散布、工件翘曲对工艺参数的敏理性,赞助工艺职员按照产物特点疾速取得优化的工艺计划。而完成这统统的条件是成立完全而精确的热压罐工艺仿真体例。

    热压罐工艺触及一系列庞杂的物理和化学进程,因此热压罐工 艺的仿真进程须要斟酌诸多影响身分。影响产物固化变形的较着身分包含工件外表的温度散布和变更进程、工件的固化进程、预浸料的热缩短、树脂的固化缩短、纤 维因铺覆进程致使的角度变更和褶皱、树脂活动引发的纤维体积含量梯度、模具的热变形及与工件之间的彼此感化等。这些影响身分都在差别程度上影响工件的翘曲 变形和剩余应力程度。预浸料压实进程引发的树脂活动、工件与模具的脱开进程今朝尚缺少实际模子和实验撑持,经由进程对这些进程的深切研讨无望完美热压罐工艺仿真手艺的完全拼图。

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    参 考 文 献

    [1] Svanberg JM.Predictioso fmanufacturing induced shape distortions.2002:40.
    [2] Whitney JM ,McCullough RL.Micromechanical material modelling,delawarecomposites design encyclopaedia.TechnomicPub.Co.Inc.,1990,65-72.
    [3] Tucker WC,Brown R.Moistureabsorption of graphite/polymer composites under2000 feet of seawater.Journal of CompositeMaterial,1989,23:787-797.
    [4] Kenny JM,Maffezzoli A,Nicolais L.Composite Science and Technology,1990,38:339-358.
    [5] Svanberg JM,Holmberg JA.Resultsfrom material and spring-in characterisation.Sweden,1999. 123456
    [6] Gudmundsson P,Zang W.An analyticmodel for thermoelastic properties of compositelaminate containing transverse matrix cracks.International Journal of Solids and Structures,1993,30:3211-3231. 123456

    [7] 岳广全,张博明.固化进程中模具与复合资料构件彼此感化研讨.复合资料学报,2010(6): 167-171. 

123,123

 
 

该文关头字:

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