复合材料固化变形预测的理论模型.pdf

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1、复合材料固化变形预测的理论模型／杨青等·65·复合材料固化变形预测的理论模型杨青，刘卫平，晏冬秀，贾丽杰，魏冉，徐鹏，余木火(1中国商飞上海飞机制造有限公司，上海200436；2东华大学材料科学与工程学院，上海201620)摘要复合材料在固化过程中不可避免会发生变形问题，因此，需要建立相关理论模型对固化变形进行预测。理论分析可以深入揭示固化变形的内在原因，为试验和生产提供指导。根据已有的科研成果，比较了基于几何变形关系、层合板理论、材料力学理论和弹性力学理论等几个典型的理论模型，分析了其预测机理与适用范围，为复合材料固化变形的控制预测提供一定帮助。关键词复合材料固化变形预测理论模型

2、中图分类号：TB33文献标识码：ADOI：10．11896／j．issn．1005—023)【．2015．011．011TheoreticalModelsforPredictingCuringDistortioninCompositesYANGQing，LIUWeiping，YANDongxiu，JIALijie，WEIRan，XUPeng，YUMuhuo(1ShanghaiAircraftManufacturingCo．，Ltd，COMAC，Shanghai200436；2CollegeofMaterialsScienceandEngineering，DonghuaUnivers

3、ity，Shanghai201620)AbstractItisnecessarytoestablishtheoreticalmodelstOpredicttheinevitabledistortionincompositesduringcuringprocess．TheoreticalmodelscouldshedlightontheunderlyingmechanismofdistortionandprovideadvicestOexperimentandproduction．Accordingtopublishedreferences，sometypicalmodelsbase

4、dongeometricrelation，theo—ryoflaminate，materialsmechanicsandtheoryofelasticityareinvestigated．Principlesofmodelestablishingandtheirrangesofapplicationareexplored，whichcouldserveasabasicfordistortionpredictingandcontrolling．Keywordscomposite，curingdistortion，prediction，theoreticalmodel究表明，复材构件的

5、外形对固化变形也有较为重要的影0引言响]。机体结构的复合材料化程度是衡量大飞机先进性的一近些年来，学者们开展大量试验与理论研究，依据几何项重要指标，也是提高市场竞争力的关键因素。然而大型复变形关系、层合板理论、材料力学和弹性力学等理论建立了合材料结构的制造较为复杂，零件固化过程中很可能会发生相应的理论模型，对固化变形的机理进行解释，对固化变形固化变形，从而影响零件尺寸精度，最终影响结构的装配_1]。量进行预测。本课题组依据已有文献的研究成果，归纳了5如在装配过程中强行消除零件的尺寸误差，可能会引起零件种较为典型的理论模型，分析其特点与适用范围。的内部损伤J。1理论模型目前，国内较缺

6、乏大型复合材料结构的制造工艺经验，对结构变形的预测与控制仍通过反复试模完成，由于试模成1．1模型一：基于几何关系的计算模型本远高于小尺寸复合材料零件，因此，制造效率较低。利用Nelson[”和Radfordc“分别基于圆柱壳几何结构提出理论模型对构件的固化变形进行提前预i贝0并提出控制方案，了一个简单的回弹变形计算公式：已经成为提高大型复合材料结构制造水平的必然选择。通常认为影响固化变形有两个主要因素[5]：(1)基体ae=0[++]㈤和纤维热膨胀系数不匹配；(2)基体在固化过程中发生化学式中：0为如图1所示的构件角度，而120~岛、go分别代表构件收缩。这两个因素引起了复材物理属

7、性的各向异性，在固化切向的热膨胀系数、化学收缩量和吸潮后的膨胀量，a，、、过程中受到温度与固化度的影响，构件内部出现了残余应分别代表构件径向的热膨胀系数、化学收缩量和吸潮后的膨力，从而发生变形。近年来，随着研究不断深入，模具对复材胀量。构件的作用也被认为是影响固化变形的重要因素[1”]，主要如忽略构件吸潮后的变形，则式(1)简化为：体现在两个方面：(1)模具与复材构件的界面剪力影响残余一应力的分布；(2)模具引起的复材构件受热不均匀。还有研+]*国家国际科技合作专项(