基于有限元模拟的复合材料构件热压罐成型工艺研究

为解决飞机复合材料构件热压罐成型过程中固化工艺引起固化不均、传统模具设计方法带来的成本高、效率低且不能定量控制构件变形等问题，结合“十一五”国家科技支撑计划项目以及航空企业的实际需求，针对基于有限元模拟的复合材料构件热压罐成型工艺研究中分析模型复杂度高、工艺参数及模具对构件固化变形的影响规律不明确、模具型面补偿设计不成熟等难点，本文基于有限元方法对复合材料构件热压罐成型中固化工艺参数和模具进行了深入研究，论文主要创新如下：1)基于有限元分析研究了热压罐固化工艺参数对热固性复合材料温度场的影响。基于热固性复合材料三维热传导和固化放热模型，考虑了模具对构件温度场的影响，建立了复合材料固化有限元模型，定量分析了固化工艺参数对复合材料温度场的影响规律。2)基于有限元分析研究了模具对柱面复合材料构件固化变形的影响。分析了复合材料热压罐成型固化过程的多场耦合关系，考虑模具的作用，建立了柱面复合材料构件固化过程的有限元分析模型。基于此模型，研究了模具材料、模具厚度和模具形式对柱面复合材料构件固化变形的影响。3)提出了基于有限元分析的复合材料构件热压罐成型模具型面补偿设计方法。通过分析构件固化变形，根据构件型面节点位置变化，反复补偿模具型面达到控制构件变形的目的。以柱面复合材料构件为例对该方法进行了验证，证明了该方法的正确性和有效性。4)根据以上研究，基于ABAQUS平台编制程序，开发了复合材料构件热压罐成型固化分析系统。该系统能够实现复合材料固化温度场分析、固化变形分析和模具型面补偿设计。