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工业领域对复合材料的发展提出的要求

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工业领域对复合材料的发展提出的要求

发布日期:2018-03-06 00:00 来源:http://www.dalianyingtian.cn 点击:

热压罐.jpg

随着FEM和CFD仿真手段的发展,利用仿真手段替代部分试模,预报试模的结果已成为可能。通过仿真手段可以模拟热压罐工艺过程中罐内的流场情况、温度场分布、预浸料的固化过程,以及最终工件的变形和残余应力等。而在进行了大量的虚拟仿真试验之后,则可利用神经网络建立热压罐工艺的知识库和专家系统,从而指导工装工件摆放、工装设计以及诸多工艺参数的优化,从根本上改变热压罐工艺方案的设计方式。

热压罐工艺开始于20世纪40年代,在60年代开始广泛使用,是针对第二代复合材料的生产而研制开发的工艺,尤其在生产蒙皮类零件的时候发挥了巨大的作用,现已作为一种成熟的工艺被广泛使用。由热压罐工艺生产的复合材料占整个复合材料产量的50%以上,在航空航天领域比重高达80%以上。热压罐工艺已经在各个复合材料零部件生产厂被大量使用。

随着国防技术的高速发展,工业领域对复合材料的发展提出了更大、更厚、更复杂的要求,这使新产品的翘曲变形、残余应力水平以及分层开裂等问题浮出水面。目前解决热压罐工艺诸多问题的方法还是采用试模的方式。由于复合材料本身高昂的价格、较长的工艺时间以及热压罐工艺本身的复杂性,试模方法注定要耗费大量时间和成本,且难以归纳经验。复合材料的热压罐成型工艺过程是一个涉及对流换热、结构热变形和固化相变反应的复杂物理化学过程。完整的热压罐工艺分析方案应考虑的因素应包括:


•罐内的流场与流固间对流换热;

•预浸料铺覆过程中的纤维剪切作用;

•真空袋、吸胶纸等对传热过程的影响;

•预浸料的固化反应与放热;

•压实过程中树脂在纤维床中的流动;

•模具的传热与热变形;

•预浸料玻璃态转变前后材料性能变化;

•模具与预浸料的相互作用与脱开过程。结合仿真技术,完整的热压罐工艺仿真方案的仿真流程应包括:

(1)罐内流体传热分析非结构网格的快速划分,包括工装位置的快速修改;

(2)罐内流场的CFD分析,计算流固间对流换热的温度场分布;

(3)固化方程求解模块,支持与罐内对流换热分析的双向耦合;

(4)压实过程中的树脂渗透分析,得到压实后纤维体积含量的变化情况;

(5)预浸料铺覆分析模块,修正纤维铺设方向;

(6)复合材料翘曲变形分析和残余应力预报



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