分析了復(fù)合材料熱固化過程中各種復(fù)雜的物理化學(xué)變化之間的相互影響,在此基礎(chǔ)上建立了復(fù)合材料同化過程數(shù)值模擬和同化變形預(yù)測的三維有限元分析模型。采用整體子模塊方法將同化過程分為熱化學(xué)、流動(dòng)壓實(shí)和應(yīng)力變形三個(gè)相對獨(dú)立的子模塊。熱化學(xué)模塊的控制方程基于Fouricr熱傳導(dǎo)方程和樹脂固化動(dòng)力學(xué)方程建立,解決了溫度和固化度之間的強(qiáng)耦合問題。流動(dòng)壓實(shí)模塊的控制方程基于Darcy定律和有效應(yīng)力原理建立,反映了樹脂流動(dòng)和纖維網(wǎng)絡(luò)緊密壓實(shí)之間的流同耦合關(guān)系。應(yīng)力變形模塊建立了考慮熱載荷和固化收縮載荷時(shí)復(fù)合材料層合板的有限元方程。各模塊之間的相互作用通過它們之間的數(shù)據(jù)交換來實(shí)現(xiàn),以樹脂在固化過程中的凝膠點(diǎn)和玻璃化轉(zhuǎn)化點(diǎn)為判斷依據(jù)確定是否運(yùn)行各模塊及其子程序。典型結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對比驗(yàn)證了本文三維有限元模型的有效性。
復(fù)合材料在固化過程中產(chǎn)生的變形是其成本高居不下和質(zhì)量不穩(wěn)定的主要原因之一。隨著復(fù)合材料結(jié)構(gòu)整體化程度的日益提高,依靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和小尺寸試件試驗(yàn)方法難以從根本上解決目前生產(chǎn)中存在的質(zhì)量問題。采用數(shù)值模擬方法研究復(fù)合材料結(jié)構(gòu)固化過程和預(yù)測固化變形,對于縮短研制周期,降低生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的整體化和設(shè)計(jì)/制造一體化具有重要意義。
資料下載: 熱固性復(fù)合材料固化過程三維有限元模擬和變形預(yù)測.pdf
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