熱固型樹脂基纖維纏繞復(fù)合材料原位成型工藝仿真研究.pdf

1、熱固型樹脂基纖維纏繞復(fù)合材料，以其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能已獲得越來越廣泛的應(yīng)用。隨著新能源和航空航天技術(shù)的發(fā)展，對纖維增強復(fù)合材料制品的成型質(zhì)量和力學(xué)性能要求逐漸提高，而決定復(fù)合材料制品成型質(zhì)量和性能的關(guān)鍵在于成型工藝。
　　傳統(tǒng)的熱固型樹脂基纖維纏繞成型工藝采用先纏繞后固化的兩步成型工藝制造，即先在纏繞機上完成纏繞，再放入固化爐進行固化。這種成型方式不僅效率低，而且難以實現(xiàn)對固化溫度的精確控制。
　　本文提出了一種向中空芯模內(nèi)通入

2、蒸汽實現(xiàn)纏繞成型后的復(fù)合材料直接在芯模上固化的新工藝，稱為原位成型工藝。該工藝的顯著優(yōu)點在于：纏繞和固化連續(xù)完成可極大地提高殼體（尤其是厚壁殼體）的成型效率并降低成本；由內(nèi)向外固化利于樹脂流動、纖維浸潤，及多余樹脂、氣泡和固化氣體的及時排出，并可降低固化過程中的熱峰值和殘余應(yīng)力；可提高成型過程中復(fù)合材料徑向彈性模量，降低外部纏繞層對內(nèi)部纏繞纖維的松弛作用；易于實現(xiàn)芯模精確升降溫控制，從而進一步有效降低殼體殘余應(yīng)力。
　　本文以熱固

3、型樹脂基纖維纏繞復(fù)合材料為應(yīng)用背景，針對原位成型工藝的基礎(chǔ)理論和內(nèi)部規(guī)律進行了研究，主要完成以下工作：
　　1.提出原位成型工藝成型方法，確定工藝研究的總體方案，即探索原位成型工藝內(nèi)部機理，通過仿真揭示固化過程材料內(nèi)部參數(shù)變化規(guī)律，進而通過分析芯模對固化過程的影響提出優(yōu)化芯模結(jié)構(gòu)的方法。
　　2.闡述原位成型工藝固化過程中內(nèi)部傳熱及固化機理，建立其熱分析及固化模型，以復(fù)合材料飛輪為例對固化過程進行三維有限元仿真，揭示材料在固

4、化反應(yīng)前、中、后三個階段的溫度和固化度變化規(guī)律；對比帶有模具建模和不帶模具建模的兩組仿真，分析模具傳熱在固化反應(yīng)各階段對材料溫度和固化度的影響情況。
　　3.闡述原位成型工藝固化過程應(yīng)力/應(yīng)變機理，建立其材料物性參數(shù)預(yù)報模型，對固化過程材料熱膨脹系數(shù)、彈性模量、剪切模量進行預(yù)報；建立其結(jié)構(gòu)分析模型，以復(fù)合材料飛輪熱分析仿真為基礎(chǔ)，對固化過程進行三維有限元結(jié)構(gòu)分析仿真，揭示材料變形規(guī)律；對比是否考慮模具影響的兩組仿真，分析模具對材料