一种基于固化梯度效应的复合材料固化变形控制方法与流程

本发明属于复合材料成型模拟，具体涉及一种基于固化梯度效应的复合材料固化变形控制方法。

背景技术：

1、纤维增强树脂基复合材料由于其比强度高、比模量高、可设计性强等优良的性能北广泛应用于各大工业领域，复合材料的用量在飞行器中的占比逐渐提升，应用范围也逐渐由简单形状的小尺寸构件向大尺寸大曲率复杂构件过度。目前航空航天领域主要采用热压罐设备对复合材料构件进行固化成型，在固化成型过程结束后，对构件进行脱模处理，构件会产生固化变形。对于一般的复合材料构件来说，使其产生固化变形的主要因素有树脂和纤维的热膨胀系数不一致、树脂的化学收缩以及构件与模具的相互作用等。固化变形不仅影响复合材料构件的质量，也会影响后续的装配。

2、为了减小复合材料构件的固化变形，传统的方法是基于试验，采用统一的回弹角或缩放系数对成型模具进行反向补偿修正，忽略了构件不同区域因厚度、曲率和铺层导致的固化度演化、温度历程和应力累积的梯度效应，模具型面补偿后构件变形依然超差。传统方法依赖试验，需要根据实际变形反复修模，效率低，试错迭代成本高。

技术实现思路

1、发明目的：

2、提供一种基于固化梯度效应的复合材料固化变形控制方法，控制复合材料构件固化变形，降低构件研制过程中的周期与成本。

3、技术方案：

4、一种基于固化梯度效应的复合材料固化变形控制方法，包括：

5、s1：根据复合材料构件的设计模型和模具设计模型，建立构件和模具的有限元仿真模型，并对构件和模具的有限元仿真模型赋予复合材料树脂基体的固化动力学相关参数，复合材料在不同状态下的弹性模量、剪切模量、导热系数和热膨胀系数，以及模具材料弹性模量、模具材料导热系数、模具材料热膨胀系数；

6、s2：提取构件和模具的有限元仿真模型中复合材料构件各节点的几何特征，将各节点作为待补偿点；

7、s3：将构件的固化制度输入构件和模具的有限元仿真模型，进行有限元仿真模拟固化过程中各节点的温度、固化度、应力和位移，最终输出构件各节点相对设计模型的位移变化

ui；

8、s4：确定不同特征区域各节点的补偿因子

βi

；

9、s5：计算得到各节点的初始补偿位移

ci

，将模具初始设计型面各节点的坐标加上补偿位移，重新构建模具型面；

10、s6：根据补偿设计后的模具型面，重新建立构件和模具的有限元仿真模型，进行有限元仿真输出构件各节点相对复合材料构件的设计模型的位移变化

uj；根据位移变化

uj

确

定型面所有区域是否满足精度要求；

11、对于型面精度不满足要求的构件区域，进行修正直至构件型面的所有区域均满足精度要求。

12、进一步地，s1中，通过动态差示扫描量热试验获取复合材料树脂基体的固化动力学相关参数。

13、进一步地，s1中，通过复合材料的力学性能和热性能的测试，获取复合材料在不同状态下的弹性模量、剪切模量、导热系数和热膨胀系数。

14、进一步地，s4中，特征区域包括：平板区、过渡区、角区。

15、进一步地，s4中，平板区补偿因子取1.0，过渡区补偿因子取1.2。

16、进一步地，s5中，初始补偿位移满足：

ci=-

βi·

ui。

17、进一步地，s6中，对于型面精度不满足要求的构件区域，进行修正，具体为：

18、对于型面精度不满足要求的构件区域，返回步骤5根据不满足要求的构件区域的本次位移变化

uj，重新计算补偿位移

cj=-

βj·

uj，修正不满足要求的构件区域对应的模具型面，直至构件型面的所有区域均满足精度要求。

19、进一步地，s3中，固化制度包括：固化温度、时间、升温速率、降温速率、压力。

20、有益效果：

21、本发明通过建立复合材料构件的固化变形仿真分析模型，预测构件各节点相对于设计型面的回弹位移矢量。确定构件不同特征区域取不同的补偿因子，计算各节点的补偿位移矢量，以初始模具型面为基础对模具型面进行非均匀补偿设计。根据重构后的模具型面建立仿真模型，直至构件变形满足要求。

22、使用一种基于节点变形的型面非均匀补偿设计，控制复合材料构件变形，相比于传统试验和模具均匀补偿设计，可快速得到复合材料的固化变形结果，减小复合材料构件变形，降低试验周期和成本。

1.一种基于固化梯度效应的复合材料固化变形控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的复合材料固化变形控制方法，其特征在于，s1中，通过动态差示扫描量热试验获取复合材料树脂基体的固化动力学相关参数。

3.根据权利要求1所述的复合材料固化变形控制方法，其特征在于，s1中，通过复合材料的力学性能和热性能的测试，获取复合材料在不同状态下的弹性模量、剪切模量、导热系数和热膨胀系数。

4.根据权利要求1所述的复合材料固化变形控制方法，其特征在于，s4中，特征区域包括：平板区、过渡区、角区。

5.根据权利要求1所述的复合材料固化变形控制方法，其特征在于，s4中，平板区补偿因子取1.0，过渡区补偿因子取1.2。

6.根据权利要求1所述的复合材料固化变形控制方法，其特征在于，s5中，初始补偿位移满足：ci=-βi·ui。

7.根据权利要求1所述的复合材料固化变形控制方法，其特征在于，s6中，对于型面精度不满足要求的构件区域，进行修正，具体为：

8.根据权利要求1所述的复合材料固化变形控制方法，其特征在于，s3中，固化制度包括：固化温度、时间、升温速率、降温速率、压力。