毕业论文范文——模拟仿真技术在复合材料制造工艺中的应用

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1、西安航空职业学院毕业论文模拟仿真技术在复合材料制造工艺中的应用姓名：专业： 航空电子班级：完成日期：指导教师:摘要：随着复合材料和计算机技术的发展，数值模拟技术在复合材料工艺仿真中的应用也日益明显。本文总结分析了数值模拟技术在复合材料制造工艺中的研究进展，包括热压罐内流场仿真、固化变形预测，以及液体成型仿真技术的应用前景。随着大数据和复合材料自动化、智能化的发展，发展数值模拟技术是大势所趋。关键词：数值模拟,复合材料,制造工艺,热分布，固化变形,液体成型0引言纤维增强树脂基复合材料以其高比强度、高比模量以及高耐腐蚀性等优点，成为民用飞机重要的结构和功能材料。热压罐成型工艺和液体成型工

2、艺方法是制备高性能复合材料的主要方法，因具有成型构件质量高、工艺稳定可靠、适用范围广、模具相对比较简单等特点，已在航空航天领域广泛应用。随着计算机技术的突飞猛进，制造过程的数值模拟仿真技术也蓬勃发展。数值模拟能够对复合材料制造工艺过程和最终零件外形质量进行预测分析，大幅减少试验次数，降低研发成本、缩短研发周期，采用仿真手段能够大幅减少材料和能源消耗，实现复合材料的绿色制造。国内外对复合材料成型过程的数值模拟技术进行了一些研究，取得了良好的进展，能够对一些结构进行工艺仿真和优化，提高产品质量和工艺稳定性。近年来，随着复合材料智能化制造、大数据制造技术的发展，采用计算机仿真技术更是大势所

3、趋。1复合材料制造工艺1.1热压罐工艺复合材料热压罐成型工艺方法是迄今为止在航空复合材料结构制造过程中应用最为广泛的方法之一。它是利用热压罐内部的高温压缩气体产生压力对复合材料坯件进行加热、加压以完成固化成型的方法。热压罐成型工艺具有产品重复性号、纤维体积含量高、孔隙率或无空隙、力学性能可靠等优点。目前，热压罐都采用先进的加热控温系统和计算机控制系统，能够有效地保证在罐内工作区域的温度分布均匀，保证复合材料制件的内部质量和批次的稳定性，如准确的树脂含量、低或无孔隙率和无内部其他缺陷。热压罐主要是由罐门和罐体、加热系统、风机系统、冷却系统、压力系统、真空系统、控制系统、安全系统以及其他

4、机械辅助设施等部分构成。在复合材料制品的固化工序中，根据工艺技术的要求，完成对制品的真空、加热、加压。达到使得制品固化的目的。1.2液体成型技术液体成型技术是将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化成型的工艺方法，适用于多品种、中批量、高质量先进复合材料成型。这种先进工艺有着诸多优点，可使用多种纤维增强材料和树脂体系，有极好的制品表面。适用于制造高质量、复杂形状的制品，且纤维含量高、成型过程中挥发成分少、对环境污染小、生产自动化适应性强、投资少、生产效率高。因此液体成型工艺在汽车工业、航空航天、国防工业、机械设备、电子产品上得到了广泛的应用。RTM是在闭合模腔中预先铺覆好增强材料，然

5、后将热固性树脂注入到模腔内，侵润其中的增强材料，树脂在室温或升温条件下固化脱模，必要时再对脱模后的制品进行表面抛光、打磨等后处理，得到表面光滑制品的一种高技术复合材料液体模塑成型技术。2ESI工艺仿真解决方案2.1热压罐热分布仿真研究热压罐是加工复合材料的重要工具，采用气流传递热量、合理流场分布是保证零件固化质量的前提。对于尺寸较大的零件，如果气流分布不佳，会导致工装和零件上存在较大温差，造成零件固化历程不同步，影响零件的最终质量。如果采用试验研究，对于同一零件往往需要进行多次试验，分析热分布规律，这对于大尺寸复杂零件来说成本过高。不同型号热压罐、不同摆放位置和不同工装设计都会对温度

6、分布造成影响，并且试验方法只能对已经完成制造的工装热分布采取拯救式改善，而无法在设计之初就对工装结构提出优化方案。数值模拟方法能够完美解决这一问题，随着计算流体力学的发展，罐内温度场的仿真模型不断完善。热压罐工艺中，主要涉及罐内空气和模具、复合材料以及辅助材料之间的热交换过程，涉及到流动传热和流固耦合，一般使用流体力学的准则进行求解，包括连续性方程（质量守恒方程）、动量方程和能量守恒方程。热压罐是大型压力容器，根据其用途长度从几米到几十米，直径从一米左右到接近十米，是一个巨大的空间结构。复合材料根据不同结构特征，其长度也可达十几米甚至几十米，但是其厚度仅有十几毫米，辅助材料的厚度则更

7、小。如果采用均一化的网格剖分方法，粗化的网格虽然计算量较小，但是其结果精度难以保证；细化的网格可以提高仿真的精度，但也会导致计算量成级数增加。为了兼顾精度和计算效率，一般采用网格加密技术，对复合材料及工装进行网格细化，而对于罐内空间则使用较粗的网格。通过模拟可以得到模具表面和零件表面的温度场分布。对于尺寸较大的零件，模具型面上存在较大温差，同时也可以从模拟结果中得到零件上的温度领先和滞后区域位置，根据这一结果可以对领先和滞后热电偶的布置进行优化。根据模拟得