复杂构件RTM整体成型工艺设计与仿真研究

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1、学术论文RESEARCH复杂构件RTM整体成型工艺设计与仿真研究左龙彦1’2，吴文平1’2，王晓蕾1’2，潘韵1’2，居建国1’2(1．上海复合材料科技有限公司，上海201112：2．上海航天树脂基复合材料工程技术研究中心，上海201112)【摘要】以飞机预冷气引起口为典型构件，对其成型工艺进行探索，选择RTM成型工艺并应用PAM．RTM软件对RTM成型工艺影响参数进行虚拟仿真，确定模具设计的最终参数值。关键词：低熔点合金；RTM；整体成型；PAM．RTM；达西定律ProcessandSimulationofComplicatedC

2、ompositesRTMIntegrityTechnologyZUOLongyanl一，WUWenpin91一，WANGXiaoleil一，PANYunl”，JUJiangu01，2(1．ShanghaiCompositesScience&TechnologyCo．，Ltd．，Shanghai201112，China；2．ShanghaiAerospaceResinbasedCompositeEngineeringTechnology&ResearchCenter，Shanghai2012，China；)IABSTRACT】Base

3、donthemanufactureofinletduelofaircraft，developitsformingtechnology,chooseRTMmethodandsimulateitbyPAM-RTM，thenusethesimulationresultformolddesigning．Keywords：Lowmeltingpointalloy；RTM；Integralforming；PAM—RTM；Darcy’SlawDoI：10．16080／j．issnl671．833x．2016．1／2．096“一代材料，一代飞机”正

4、是世界航空发展史的一个真实写照。轻量化是提高大飞机燃料经济性，实现节能减排的有效途径。复合材料用量已成为评价一架飞机先进程度的一项重要指标。中国的大飞机要想在世界有立足之地，就必须顺应世界航空发展的趋势大量使用复合材料0-3]。随着复合材料的扩大应用，一些制约因素逐渐暴露出来，特别是制造成本【4】。作为低成本制造技术之一的RTM技术在航空复合材料制造中的地位越来越重要肛J。RTM工艺是一种采用刚性闭合模具制造复合材料的技术，其基本原理是在模具的型腔中预先放置增强材料，合模夹紧后在一定的温度和压力下将经静态混合器混合均匀的树脂体系注入

5、模具，浸渍增强体后固化，脱模得到复合材料制品【6l。在RTM工艺中，模具的设计和制造对整个生产过程具有决定性影响。要设计和制造出合理的模具，仅仅依赖经验是不够的，国内外都开展了RTM工艺的数值模拟技术研究，利用数值模拟对模具设计方案进行检验和优化pJ。本文以复合材料飞机预冷气引起口整体成型为典型构件，对其结构进行工艺性优化，筛选材料。在达西定律的基础上，引入初始和边界条件应用PAM—RTM【81软件对注胶口、注胶时间、注胶压力等参数进行模拟，并96航空制造技术·2016年第1／2期得出最优的参数输入到模具设计及成型工艺中。1工艺设计

6、1．1设计输入1．1．1产品结构预冷气引起口初步设计方案如图1(a)所示，该结构有如下特点：(1)预冷气引起口主体结构端头为圆形和四边形混合的不规则曲面，壁厚为2—3mm；(2)该结构由预冷气引起口主体(上、下)、金属法兰和支撑加筋3部分构成；(3)预冷气引起口主体材料厚度有突变区域，不适合复合材料整体成型；(4)金属法兰与预冷气引起口主体结合界面问题难以处理；(5)支撑加筋结构不能与预冷气引起口主体整体成型。针对设计要求及复合材料成型工艺特性，对设计进行优化，预冷气引起口由金属法兰框和预冷气引起口主体组成。法兰框作为复合材料结构的

7、埋件预埋到结构中，支撑加筋结构与预冷气引起口主体合为一体结构，如图1(b)所示。学术论文(aJ仞步没_}_1，J‘案■R嚣署嚣再—曙署署oooooooo。。““‘‘。一三≥t—皂I一皇曼一“土生蔓!。+’、’’。卫。‘’’鼍一：二二-．一—L二堕Ⅲ一J土!!!型—二!!L—二!!生J!=!生二二!!生—!!!!J—!!!!!’口一n[-ou‘俐。：。-{hj优化j一，J集图1预冷气引起口Fig．1Modelofinletduelofaircraft1．1．2产品精聃(1)基体材料Henkel树脂LM41005．1，参数详见表l。其固

8、化曲线如图2所示。(2)增强材料东丽T300碳纤维，其性能参数详见表2。1．2工艺总方案预冷气引起口采用复合材料整体成型，成型面为异型面。为了满足气动要求，预冷气引起口主体内型面要求光滑，产品不允许拼接。预冷气引起口属非主承力复杂结构