一种碳纤维增强复合材料模压成型工艺参数优化方法与流程

1.本发明属于复合材料成型技术领域，涉及模压成型工艺参数优化方法， 尤其是一种碳纤维增强复合材料模压成型工艺参数优化方法。


背景技术：

2.目前，复合材料成型工艺通常要求预浸料铺层后，在规定的温度、压力 下固化成型。在成型过程中，工艺参数依照经验和多次试验来获得，此时得 到的工艺参数能满足产品的基本要求，非最佳工艺参数，传统的工艺参数获 取方法不仅增加试验成本，而且会导致新产品开发周期延长。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、分析设计 成本低且能够大幅缩短产品开发周期的碳纤维增强复合材料模压成型工艺参 数优化方法。
4.本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
5.一种碳纤维增强复合材料模压成型工艺参数优化方法，包括以下步骤：
6.步骤1、综合分析影响碳纤维增强复合材料模压成型的各项参数，并进 行参数提取；
7.步骤2、建立模压成型制件预浸料层合板的三维模型：
8.步骤3、对步骤2所建立模压成型制件预浸料层合板的三维模型进行前 处理：在abaqus中运用语言编写参数化成型，完成三维模型的导入、指定单 元格类型、划分网格、施加边界条件及设置前处理任务。
9.步骤4、计算求解步骤2所建立模压成型制件预浸料层合板的三维模型；
10.步骤5、对步骤4的计算结果进行分析计算，在abaqus中对模压成型工 艺参数进行优化；
11.步骤6、对优化后的成型工艺参数进行预测制件质量。
12.而且，所述步骤1所提取的参数包括：预浸料的树脂参数及纤维含量、 模压成型制件的结构及尺寸、初始模压成型工艺参数包括模压压力、模压温 度、升温速度、降温速度、保温时间，并对上述参数以表格形式进行编制；
13.而且，所述步骤2的具体方法为：
14.在solidworks中创建基体、碳纤维参数表达式，建立模压成型结构制件 结构表达式，该参数表达式步骤1中的参数一一对应，完成预浸料层合板三 维模型的建立；
15.而且，所述步骤3的具体步骤包括：
16.(1)将步骤2建立的模压成型制件预浸料层合板单位模型导入到abaqus 中；
17.(2)分别为基体和碳纤维设定相应的杨氏模量、泊松比等材料属性，选 用c3d8r网格进行网格划分；
18.(3)按照制件形状对预浸料三维模型进行约束；设置中心为坐标原点， 下表面进
行固定约束，四周表面约束xy方向自由度。
19.(4)施加模压压力、模压温度等载荷，完成前处理；
20.而且，所述步骤5的具体方法为：
21.求解结束后进入后处理模块，查看温度场、应力场、应变场的计算结果， 判断初始成型工艺参数是否满足制件要求，在此基础上，对成型工艺参数进 行优化，获得最优工艺参数。
22.本发明的优点和有益效果：
23.本发明采用abaqus软件进行工艺参数优化，比起传统的经验工艺参数大 大缩短了产品的开发周期，降低了设计成本。通过solidworks与abaqus软 件进行分析，编制参数化的分析程序，可以通过修改其中的参数，达到不同 材料、尺寸产品快速获得最佳工艺参数，并能够准确把握模压成型产品质量 的变化规律，对制件质量进行预测，极大的减轻了研发设计人员的工作量， 降低分析成本，提高分析效率。
具体实施方式
24.以下对本发明实施例作进一步详述：
25.一种碳纤维增强复合材料模压成型工艺参数优化方法，包括以下步骤：
26.步骤1、综合分析影响碳纤维增强复合材料模压成型的各项参数，并进 行参数提取。
27.所述步骤1所提取的参数包括：预浸料的树脂参数及纤维含量、模压成 型制件的结构及尺寸、初始模压成型工艺参数包括模压压力、模压温度、升 温速度、降温速度、保温时间，并对上述参数以表格形式进行编制；
28.步骤2、建立模压成型制件预浸料层合板的三维模型：
29.所述步骤2的具体方法为：
30.在solidworks中创建基体、碳纤维参数表达式，建立模压成型结构制件 结构表达式，该参数表达式步骤1中的参数一一对应，完成预浸料层合板三 维模型的建立；
31.在本实施例中，以某碳纤维增强环氧树脂基体复合材料为例：
[0032][0033]
铺层方式为[0
°
/90
°
/90
°
/0
°
],模型几何尺寸为10.16
×
10.16
×
2.54cm， 铺层数为4层。
[0034]
步骤3、对步骤2所建立模压成型制件预浸料层合板的三维模型进行前 处理：
[0035]
在abaqus中运用语言编写参数化成型，完成三维模型的导入、指定单元 格类型、划分网格、施加边界条件及设置前处理任务。
[0036]
所述步骤3的具体步骤包括：
[0037]
(1)将步骤2建立的模压成型制件预浸料层合板单位模型导入到abaqus 中；
[0038]
(2)分别为基体和碳纤维设定相应的杨氏模量、泊松比等材料属性，选 用c3d8r网
格进行网格划分；
[0039]
(3)按照制件形状对预浸料三维模型进行约束；设置中心为坐标原点， 下表面进行固定约束，四周表面约束xy方向自由度。
[0040]
(4)施加模压压力、模压温度等载荷，完成前处理；
[0041]
在本实施例中，以上述某碳纤维增强环氧树脂基体复合材料为例：(树 脂不同，输入的参数不同，但是只需要直接输入即可)
[0042]
[0043][0044]
步骤4、计算求解步骤2所建立模压成型制件预浸料层合板的三维模型；
[0045]
在本实施例中，所述步骤4的具体方法为：
[0046]
进入求解模块，采用显示求解器，求解完成后退出求解模块。
[0047]
在本实施例中，采用系统内部求解器，为abaqus的模拟流程。
[0048]
步骤5、对步骤4的计算结果进行分析计算，在abaqus中对模压成型工 艺参数进行优化；
[0049]
所述步骤5的具体方法为：
[0050]
求解结束后进入后处理模块，查看温度场、应力场、应变场的计算结果， 判断初始成型工艺参数是否满足制件要求，在此基础上，对成型工艺参数进 行优化，获得最优工艺参数；
[0051]
步骤6、对优化后的成型工艺参数进行预测制件质量。
[0052]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或 计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、 或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个 其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘 存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0053]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序 产品来描述的。应理解可由计算机程序指令实现的每一流程和/或方框中的 流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计 算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器， 使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实 现在一个流程或多个流程和/或一个方框或多个方框中指定的功
能的装置。
[0054]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设 备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器 中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在一个流程或多个流 程和/或一个方框或多个方框中指定的功能。
[0055]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上， 使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的 处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在一个流 程或多个流程和/或一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。