复合材料热压罐成型模具结构参数对温度场的影响

固化过程中热压罐内温度场分布的均匀性对于复合材料的结构性能、强度等方面具有重要影响。本文以目前航天制造业中广泛使用的用于制作复杂大型结构件的框架式模具作为研究对象,在COMSOL中建立了热压罐框架式模具在固化过程中的非定常三维温度场,研究了模具的不同筋板厚度和通风孔尺寸的情况以及型面下方半圆形散热孔存在与否的情况对模具型面温度场均匀性的影响。对比支撑筋板厚度分别为10,8,6和4 mm模具的温度标准差曲线发现:减小支撑筋板厚度可增加型面温度场均匀性,但模具整体稳定性随着筋板厚度变薄而迅速降低,更易发生受压失稳现象;对比纵向通风孔尺寸为130 mm×220 mm、150 mm×220 mm、170 mm×220 mm和190 mm×220 mm模具的温度标准差曲线发现:适当加宽筋板通风孔尺寸可提高型面温度场的均匀性,但宽度170 mm与190 mm的曲线基本重合,影响已不明显;同样型面下方散热孔的存在可以提高型面温度场的均匀性。

复合材料热压罐成型工装热分布影响因素研究

复合材料成型过程中,热压罐内的温度场、工装热分布等都会影响零件的温度均匀性,进而影响零件的成型质量。对一种盆型结构复合材料成型工装的热分布进行了研究,分析了工装结构、热压罐与升、降温速率对工装热分布的影响,试验结果表明,工装结构是影响热分布的关键因素,热压罐尺寸及工装在热压罐中的位置对热分布有明显影响,降低升、降温速率有利于工装热分布均匀。

工艺参数对热塑性复合材料热压成型L形构件褶皱缺陷的影响

针对热塑性复合材料构件热压成型工艺产生褶皱缺陷问题,本文基于ABAQUS有限元软件建立了热塑性复合材料L形构件热压成型数值仿真分析方法,通过层合板力学性能和热物性能测试确定仿真分析所需材料参数,并通过试验验证了建立的仿真分析方法能够用于褶皱缺陷研究,在此基础上探究了层合板预热温度、模具初始温度和支撑弹簧刚度3个工艺参数对L形构件热压成型后褶皱缺陷的影响规律。结果表明:(1)层合板预热温度越高,模具初始温度越低,L形构件出现褶皱缺陷的区域越大,层合板预热温度为380℃时,模具初始温度为180℃时,褶皱缺陷的区域最小;(2)弹簧刚度过大或者过小,褶皱缺陷的区域都会增大,弹簧刚度为1.2 N/mm时,褶皱缺陷的范围最小。

复合材料热压-注塑一体成型技术综述

纤维增强的树脂基复合材料具有比强度较高、比模量较高、质量较轻等特点,在汽车、航天航空、建筑、新能源开发领域中得到广泛应用。在保证零部件使用性能及行驶安全性的前提下,开发汽车轻量化技术,实现整车减重是整个工业领域共同追求的目标。结合连续纤维增强的树脂基热压件与注塑件组合成型,提出了一种热压-注塑一体的成型新工艺。综述了纤维增强的热塑性树脂基复合材料热压-注塑一体成型技术的研究进展,简要介绍了一体成型工艺不同于传统两步成型法的优势与应用,详细阐述了热压-注塑一体成型关键技术的研究现状,最后,对热压-注塑一体成型技术的发展前景进行展望。

复合材料热压罐成型模具变形补偿方法研究

针对复合材料构件在热压罐工艺成型后产生型面偏差较大的问题,结合复合材料构件成型模具设计特点和热应力分析理论,使用有限元分析方法分析在复合材料构件成型过程中模具型面的变形情况,根据获取的变形情况与复合材料构件设计型面进行比较获得模具变形补偿量,通过多次迭代最终获取满足复合材料构件型面公差要求的模具补偿量。最后通过具体的实例分析验证了方法的可行性。研究表明:本文所获取的复合材料构件成型模具变形补偿方法可以用于指导模具设计,避免通过多次试制来修配模具,可节省大量试验件制造成本。

虚拟仿真技术优化碳纤维/PMR型聚酰亚胺复合材料热压罐成型工艺

采用传统热压罐工艺制备碳纤维/PMR型聚酰亚胺复合材料时会出现高的热惯性、热场复杂不均匀、树脂固化度难确定等问题,严重影响产品质量和性能。本文提出了一种虚拟仿真优化传统热压罐工艺的交互式方案,设计集可获取真实工艺参数的传感器、实时数值模拟热压罐和网络数据库于一体的虚拟仿真系统优化热压罐工艺,获得节省工艺时间和降低损耗的高质量碳纤维/聚酰亚胺复合材料。

国内外复合材料工艺设备发展述评之八——热压罐成型

本文分析了热压罐成型工艺所用设备的发展历程,指出其优缺点,并对今后发展提出建议。

连续纤维增强热塑性复合材料热压成型工艺研究进展

连续纤维增强热塑性复合材料(CoFRTP)具有损伤容限高、成型周期短及可回收利用等优点,在航空航天及新能源汽车等领域能够规模化应用。热压成型工艺因其高效率、低成本的优势得到广泛的关注,但由于该工艺涉及成型参数多,以及成型过程中材料大变形、非线性、多相变等多场耦合的特点,所制构件易产生褶皱、纤维开裂及外形尺寸变形过大等质量缺陷,对构件力学性能的稳定及后期装配带来极大挑战。为克服传统试错法低效率、高成本的缺点,提高热压成型设计效率,本文重点对热压成型工艺及其相应有限元数值仿真方法进行综述。本文从CoFRTP应用现状及制造关键、热压成型工艺过程分析及研究现状和热压成型工艺仿真方法3个方面展开,最后对后续的研究工作进行展望。本文将为CoFRTP高效率和高质量成型提供理论指导,对相应的结构设计和工程应用起到推动作用。

整体化“E”形复合材料框成型工艺设计

随着航空先进复合材料应用愈发广泛,复合材料零件的形式逐渐增多,应用也愈发广泛,框是飞机的重要组成部分,常用作机身隔框或其他骨架零件,其直接影响着飞机的外形准确度和结构承载能力,“E”形复合材料框的巧妙设计和尝试提高了复合材料框的整体化水平,避免了金属框类零件难加工、疲劳性差等缺点,分析此“E”形复合材料框零件的结构特点,基于真空袋-热压罐成型方法,阐述了该类零件成型的工艺难点和关键控制点,巧妙设计成型工装方案,严格控制工艺操作流程,制造出内部质量好、外形尺寸精准、外观良好的复合材料“E”形框零件。

复合材料油箱口盖零件的成型工艺研究

文章以某飞机油箱口盖为研究对象,通过材料设计、密封设计、耐火设计、雷电防火设计,对油箱口盖的复合材料成型工艺进行分析。通过工艺试验,合理选用油箱口盖零件原材料,设计铺层结构,优化工艺参数,采用热压罐成型工艺包括下料、铺贴、封装、固化、脱模、修整等具体过程完成复合材料油箱口盖的成型。

复合材料热压罐成型虚拟仿真实验的教学探索

针对当前新工科和创新创业教育背景下复合材料与工程专业综合实验课程中航空复合材料热压罐成型实验的教学特点,分析了复合材料热压罐成型虚拟仿真实验的必要性和实用性。南昌航空大学复合材料与工程专业紧跟高校实验教学新步伐,将信息技术融入实验教学,建设具有航空特色的复合材料飞机垂尾热压罐成型虚拟仿真实验教学项目。对该虚拟仿真实验的实验系统、实验方法、教学设计和教学过程进行探索,克服传统实验教学的弊端,从而提升实验教学效果,培养学生创新精神和实践能力。

热塑性复合材料热压-注塑一体成型界面性能研究进展

综述了热塑性复合材料热压-注塑一体成型在制件界面性能方面的研究进展,简要介绍了该种成型工艺不同于传统热塑性复合材料成型工艺的原理及其优势,指出良好的异质结构界面是发挥热压-注塑一体成型制件优势的关键,同时详细介绍了材料体系、工艺参数、界面结晶效应以及界面结合机制对热压-注塑一体成型制件界面性能的影响。最后总结了热压-注塑一体成型复合材料界面性能优化改善的方法以及目前研究存在的问题,并对未来发展趋势进行了展望。

基于有限元方法的复合材料热压成型模具设计

热压罐工艺广泛用于热固性基体复合材料的制造过程中。在此过程中,热压罐内温度分布的不均匀性可能导致复合材料的非同步固化,从而降低复合材料零件的机械性能。为了提高固化性能,必须对热压罐模具进行优化设计。通过建立基于有限元分析法的数值模型来模拟热压罐内的温度分布,并对已知的实验数据进行验证。然后,将覆盖有复合材料和简化辅助材料的典型模具结构引入数值模型。此外,以复合材料零件固化度的最大标准偏差为目标,以提升情况下模具的变形为约束,提出了一种将数值模型与遗传算法相结合的方法来优化模具子结构的设计参数,以提高固化的同步性。结果复合材料零件固化度的最大标准偏差提高了17.21%,这表明采用所提出的方法实现了更好的固化同步。

热压罐工艺环境对于先进复合材料框架式成型模具温度场的影响

热压罐固化工艺过程中的模具温度分布对于先进复合材料成形质量影响很大。本文在之前相关文献研究的基础上,对模具温度场分布的工艺环境因素作了进一步的研究。结果表明,工艺环境因素中,风速、升降温速率对于模具型面温差影响显著,而模具在罐内的摆放位置则对模具型面温度场温差影响很小。

飞机复合材料制件热压罐成型温度场均匀性优化方法

针对热固性复合材料制件热压罐成型过程中,工装结构优化和降低升温速率等温度场均匀性优化方法的不足,提出了在"温度低谷"区域添加加热器来提高温度场均匀性的方法。通过温度场模拟确定加热器的个数、安放位置,并求解各个加热器的功率密度,实现对"温度低谷"区域的热量补偿,提高温度场的均匀性。通过实例分析,将热量补偿前的温度场和补偿后的进行对比,最大温差从20℃降低到6.5℃,温度场均匀性有了很大的改善。

热压罐成型复合材料固化变形机理及控制研究

复合材料零件固化变形是多种因素综合作用的结果,如何优化结构及制造工艺以降低固化变形是许多科研工作者长期研究的课题。根据过程诱导应力和变形产生机理可将影响固化变形的因素分为热应力、固化收缩应力、温度梯度与树脂固化度、压力分布和树脂流动、模具与零件的相互作用等。分别介绍了这几种因素导致固化变形的机理,同时阐述了目前固化变形控制的研究进展。

非热压罐成型低孔隙率复合材料技术研究进展

介绍了非热压罐成型(OOA)低孔隙率复合材料技术的研究进展,详细阐述了OOA预浸料、OOA树脂再到OOA预浸料增强材料等对复合材料孔隙的影响,分析了OOA预浸料固化过程中影响孔隙的典型物理现象,以及各种制造工艺条件和参数等对孔隙率的影响,并提出了控制OOA复合材料孔隙率的方法和建议。

橡胶辅助增压在非热压罐成型工艺中的应用研究

目的针对蒙皮带筋典型构件,在容易产生孔隙的加强筋底部放入橡胶增压,以优化应力场、减小孔隙缺陷。方法针对CFRP固化成型制度,进行红/蓝2种橡胶模量、热膨胀系数测试及双马树脂流变测试。基于材料测试数据及预浸料固化特征建立了固化前中后3类数值仿真模型,以对比不同橡胶在不同固化时期的增压效果。结果在固化前期,红、蓝橡胶均有增压作用,可使加强筋底部应力提高约5倍;在固化中期,红橡胶有显著增压作用,可使加强筋底部应力提高约9倍并改善应力梯度;在固化后期,橡胶难以发挥增压作用。结论红橡胶可显著发挥增压作用,有效解决加强筋固化成型前中期底部应力不足的问题;在CFRP固化前期,热膨胀系数是影响热应力的主要因素,在固化后期,模量为主要因素。通过对比多组仿真数据,明确了最优增压材料及最主要的材料属性,为解决OOA成型局部压力不足的问题提供了指导方向。

热压罐成型中温固化复合材料模具

介绍了几种主要适于热压罐成型中温固化复合材料的模具铝模具、钢模具和碳纤维/环氧复合材料模具,并对其优缺点进行了比较。

热压罐成型复合材料构件的变形预测与应用研究

综述了热压罐成型复合材料变形的种类、具体影响因素、各种预测变形方法、研究的典型构件类型、变形预测应用的现状,最后对进一步研究变形预测及应用的方向进行了展望。