基于有限元计算的碳纤维性能分析模型设计与仿真

针对层叠碳布射流穿刺机理进行了研究,提出一种基于有限元分析的射流穿刺碳纤维预制体的性能分析方法。该方法对水射流冲击碳布的物理过程进行分析,基于流体力学中的有限元分析软件Fluent与碳纤维布成型软件TexGen,分别对水射流场和碳布进行有限元建模。将水射流刺入层叠碳布层间,评估碳纤维布的性能,增强碳纤维预制体层间强度。为了验证所提仿真理论的正确性,使用CFD流固耦合分析技术对射流穿刺碳布进行测试。基于Ansys网格划分后的实验结果表明,在水射流冲击碳布的过程中,射流速度在碳布中逐层递减,射流打击力逐层减小。同时碳布变形也不断减弱,仿真与理论分析的结果一致。

层叠碳布射流穿刺成型机理的仿真与分析

为了提高成型加工工艺的稳定性,提出基于射流穿刺的层叠碳布射流穿刺成型方法。首先将碳纤维与射流进行混合,根据碳布基体表面的损伤程度进行层叠碳布射流穿刺成型过程的稳定性控制,进行层叠碳布射流穿刺成型优化流程设计,在层叠碳布射流穿刺成型工艺过程中,采用水射流进行碳纤维与射流的混合传尺处理,分析碳素纤维的加热稳定性,研究水射流与层叠碳布作用机理,在射流形成后加入碳纤维,采用负压引射方式抽吸的方法,进行流固耦合分析计算,分析压力、流量和结构形式之间的耦合性,采用量化分析的方法,进行喷头三维几何建模,为层叠碳布射流穿刺机理的研究和仿真分析提供有效方法。仿真分析不同直径比对前混合式喷头湍动能的影响,并进行碳纤维运动学计算结果分析,分别截取三种参数配置下第一层碳布表面的射流速度及流出第三层碳布表面的射流速度,并绘制速度曲线。仿真分析得知,射流作用力对碳布表面经纬纱的撞击力为0.952 1 N,远小于金属刺针对纤维材料的冲击力,倾斜射流时,碳布受力及变形不均匀,射流能量损耗大,该方法能提高参数配置性能,层叠碳布射流穿刺仿真结果与碳布受力及变形理论分析相吻合。