U型复合材料结构件热压罐固化变形及补偿技术应用研究

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1、论坛FORUMU型复合材料结构件热压罐固化变形及补偿技术应用研究刘望子，汪心文，管海新，李萌，许漂，陈正生（航空工业昌河飞机工业（集团）有限责任公司，景德镇333002）[摘要]以复合材料U型构件为研究对象，采用数值模拟的方法对U型件进行热压罐温度场的模拟，模拟出在不同时间段工装和工件的温度分布情况，模拟工件在工装传热和变形影响下的内部传热、固化度、最终变形情况和残余应力水平等。根据模拟结果，优化热压罐固化工艺参数，从而改善固化热变形问题，根据分析结果制定补偿方案并实施验证，同时优化工装结构形式，采用工装型面补偿技术对零件固化变形进行预补偿。结果表明，补偿后零件变形后的

2、外形与理论几何外形相差1.37mm，验证了补偿技术的可行性。工装型面补偿技术可以有效提高复合材料结构件的制造精度。关键词：复合材料；热压罐；固化变形；温度场分析DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2017.16.064结构。目前，国外先进直升机上复制造技术可以利用仿真的手段预测复合材料的用量已经达到机身结构重合材料零件固化中产生的缺陷，从而量的80%~90%，其相对于金属结构优化制造工艺，避免或减少制造缺陷。的重量优势也表现突出，与金属结工艺仿真技术的应用，对于改进传统构相比减重效益达到20%~25%，直的主要依赖经验的工艺设计方法、减接提高了直升

3、机的装载能力、航程少试验次数、加快工艺研制周期、降低[1-4][5-15]和舒适性。成本意义重大。复合材料结构在应用过程中，受到设计结构和制造过程的影响，成型热压罐固化变形补偿后的制件均存在不同程度的固化变形技术方案的缺陷，直接影响其在机身结构上的以复合材料典型U型结构对象刘望子装配效果和使用寿命。零件固化变形开展热压罐温度场仿真及固化变形工程师,主要从事复合材料研究。严重会导致制造的反复，造成成本的仿真研究分析。具体流程如图1所增加和制造周期的延长。固化变形等示。缺陷的存在，直接影响了大型整体结1热压罐内温度场分析构在直升机机身上的应用进程。因此，模拟热压罐内摆放工装

4、工件情要实现大型整体结构的工程化应用，况下的内部流场及温度场分布，不考需要开展复合材料结构的精确制造技虑工装工件传热及工件固化,该阶复合材料以其比强/刚度高、术研究，其中研究影响大型整体结构段侧重考虑工装工件对内部流场的耐腐蚀、耐疲劳和可设计性强等优变形的工艺要素，探索复合材料整体流阻，以便快速获取工装工件最佳点迅速在直升机结构上得到大量应结构的变形控制技术，是整体结构设摆放位置，并对工装支撑板等流道设用，已由次承力结构发展到主承力计实施的技术关键。工艺仿真和虚拟计合理性提供评估。CFD-ACE+利64航空制造技术·2017年第16期MouldingTechnology

5、forComposites复合材料成型技术用热力耦合方法计算工装模具在罐型过程中复合材料零件、工装的传热的边界为wall壁面边界，与制件实际内的表面换热、内部传热和热变形情过程。热压成型过程中，热压罐对零固化时一致，加温固化曲线为入口处况。通过工装模具内部的温度分布件传热的影响可等效为罐内环境温的加温曲线。将计算结果导入到后和变形情况，分析工件变形和残余应度的变化对复合材料零件传热的影处理模块CFD-View中进行结果提力水平。响，在结构上忽略真空袋、吸胶材料取，获取热压罐内部的工装和工件周2工件固化变形模拟分析和透气毡等辅助材料对复合材料零围的流线情况，得到工装截面速

6、度矢[17-22]将工件各节点的温度和材料物件的传热影响。采用数值模拟量的分布，如图4所示。在升温过程态信息作为输入条件提交给PAM-的方法对典型件U型件进行温度场中的不同时刻，工装、工件表面的温DISTORTION，定义工件的约束信息，的模拟，模拟出在不同时间段工装和度分布云如图5、6所示。由PAM-DISTORTION软件对工件进工件表面的温度分布情况，并在相同由热压罐温度场的仿真计算结行回弹变形分析，可得到工件最终的时间下，进行工装表面和工件表面的果可以得出：升温过程中，罐头的升残余应力基于有限体积方法求解，结温度对比。温速率较快、温度较高，罐尾的温度合能量方程及

7、固化反应动力学方程边界条件为：罐的进口边界为较低，工装表面与工件表面的温度趋进行树脂的热固化学反应计算，并考入口边界，速度为4m/s，采用理想气于一致，整个升温过程中最高与最低虑固化放出热量对构件周围温度场体，按图3中固化曲线输入，粘性随的温度差别为1.1℃；降温过程中，的干扰作用。温度变化；罐子的出口为压力出口罐头的降温速率较快，温度低于罐3工装型面补偿技术边界；罐子的底部和工装工件表面尾，工装表面与工件表面的温度趋于以典型复合材料零件固化参数流场为前提，模拟工装摆放条件下，分析ACE+非结构CAD数据读入快速网格划分工装网格快速划分热