数值模拟技术在飞机复合材料结构制造中的应用

《数值模拟技术在飞机复合材料结构制造中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第2卷第4期航空工程进展Vol_2No．42011年11月ADVANCESINAER0NAUT1CALSCIENCEANDENGlNEERINGNOV．2O11文章编号：1674—8190(2011)04—476—04数值模拟技术在飞机复合材料结构制造中的应用贾丽杰，杨霓虹一～∞m‰一～一∞M眦州一_一～霉们一一肌～∞一一_一誊～一_一m抓m量慨一∞一～_一～坩罟(上海飞机制造有限公司航空制造技术研究所，上海200436)摘要：复合材料结构件在航空领域得到广泛应用，但制造中产生严重的翘曲变形影响外形精度和装配连接。因此，对其制造工艺的研究日益重要，尤其是对带有复杂轮廓型面

2、复合材料整体结构件的制造工艺。本文对复合材料结构成型工艺中固化变形机理进行了分析，阐述了变形控制模拟技术的发展和其在飞机结构制造中应用的必要性，并以实例证明数值模拟技术是进行变形预测及控制的有效方法。关键词：复合材料；固化变形；模拟技术；制造工艺中图分类号：V262文献标识码：AApplicationofNumericalSimulationTechnologyonCompositesintheAircraftManufactureJiaLijie，YangNihong(InstituteofAeron’auticalManufacturingTechnology，Sha

3、nghaiAircraftManufacturingCorporation，Ltd．，Shanghai200436，China)～一．薹～～兰一一一～．一～一～一_一重～一一一～料结构的设计和制造是一个具有挑战性的课题，必0引言须以先进的设计理念和数字化设计技术以及先进复合材料(纤维增强聚合物基复合材料)在大制造技术作为保障，而对复合材料结构制造过程中型民机机体结构上的大量应用是现代大型民机的出现的变形进行控制是实现复合材料结构整体化显著特点之一。复合材料用量占机体结构重量的的关键技术之一。百分比从空客A380的22(另有GIARE材料1固化变形机理分析占3)到波音787

4、的50，再到空客A350XWB的52。这标志着，复合材料已成为现代大型民复合材料固化过程本质上是一个在低热传导机首要结构材料，结束了以铝合金为主的机体结构率、各向异性材料中进行的具有非线性内热源的固选材时代。复合材料以其性能可设计性、结构整体化反应过程，固化及此后降温过程中产生的体积收成型等优点而被广泛使用，但制造中产生严重的翘缩会导致残余应力和变形。对于热压罐成型工艺，曲变形会影响外形精度和装配连接。整体复合材影响固化变形的因素可分为内因和外因两个方面：内因包括材料特征、铺层取向和几何形状等与结构收稿日期：2011-03—28；修回日期：2011—06—02设计有关的因

5、素；外因则包括固化温度、时问、压力通信作者：贾丽杰，jialijie527134@163．corn以及模具等与工艺过程有关的因素。不合理的结第4期贾丽杰等：数值模拟技术在飞机复合材料结构制造中的应用477构设计可能导致复杂的结构在不同方向收缩不一2变形控制模拟技术的发展而产生残余应力和变形，而优化的固化工艺及合理的模具设计可有效地减少残余应力，从而达到控制在复合材料结构应用早期，为克服固化过程中结构在固化过程中变形的目的。残余应力和变形所带来的种种问题，传统的方法是内因引起的固化变形口]主要概括为复合材料在经验和工艺试验的基础上，针对具体的结构，从铺层方向导致的结构各向异

6、性，树脂收缩产生的变外因的角度，对结构件的固化工艺所用模具型面进形。外因的恒温温度、保持恒温的时间及降温速率行反复的调整和补偿性修正加工，以控制变形程度对固化残余应力的形成有重要影响_2，同时升温或抵消变形的影响作用。这种处理方法显然是以阶段及升温速率对残余应力的形成也不容忽视]，经验和大量的试验数据为基础的，必然要耗费大量残余应力的释放有可能导致固化变形。复合材料的人力物力和时间，且结果缺乏普适性，不能适应制造过程中，常用的模具材料为铝合金、钢和镍合目前的设计制造一体化的要求。随着复合材料结金等。由于复合材料制件与模具材料的热膨胀系构件在航空领域的大量应用所带来的对其结

7、构设数不匹配，会在复材制件结构垂直于模具表面方向计制造快速、经济的要求，大量使用模拟技术成为引起应力梯度。复合材料平板制件在热压罐升温必然。阶段制件与模具间的相互关系如图1所示]。国外复合材料应用发展起步较早，随着计算机热罐中的压，J的发展，采用计算机数值模拟复合材料固化过程，建立一套完整的固化变形分析和预测方法，改变传统设计思想和设计程序，并在设计之初就考虑到结构的成型问题。比较著名的有BritishColumbia大学针对热压罐成型工艺开发的数值模拟软件(a)COMPRO]，是一个关于热压罐的固化工艺二维热罐q力有限元码，