面向大幅面CFRP制件的框架式模具設(shè)計系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、熱壓罐成型法是制造航空航天用高品質(zhì)大幅面 CFRP制件的主要方法，其制造方法的關(guān)鍵專用裝備是框架式模具。模具的設(shè)計質(zhì)量決定著制件成型尺寸、形狀精度、內(nèi)部質(zhì)量品質(zhì)，進而影響著制件的使用性能。為解決現(xiàn)有模具設(shè)計中主要依靠設(shè)計師經(jīng)驗及反復(fù)試制試驗?zāi)＞咴斐傻牡托?、高消耗的問題，本文在分析國內(nèi)外有關(guān)樹脂基復(fù)合材料制件變形過程模擬和形狀控制方法、計算機輔助快速設(shè)計系統(tǒng)、優(yōu)化設(shè)計等技術(shù)的基礎(chǔ)上，對大幅面 CFRP制件熱壓罐成型法用框架式模具實現(xiàn)設(shè)計

2、過程的自動化、智能化、快速化進行了深入的探討，充分利用計算機輔助建模、分析、搜索等最新發(fā)展技術(shù)提高框架式模具設(shè)計的自動化水平，主要研究內(nèi)容如下：
　　在詳細(xì)分析熱壓罐成型法工藝特點的基礎(chǔ)上，總結(jié)了框架式模具設(shè)計要素、優(yōu)化了模具設(shè)計過程。設(shè)計了由模具設(shè)計資源庫、設(shè)計模板庫、輔助設(shè)計工具庫、設(shè)計實例庫等幾個部分組成的框架式模具快速設(shè)計系統(tǒng)總體框架，定義了系統(tǒng)各組成部分之間的數(shù)據(jù)接口。
　　研究了框架式模具設(shè)計導(dǎo)向模板。在分析模具

3、功能結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，劃分了模具設(shè)計結(jié)構(gòu)特征和設(shè)計參數(shù)，基于幾何體素/邊界表示法建立了框架式模具參數(shù)化快速建模系統(tǒng)。建立了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、有限元分析模擬一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基于映射法建立了模具結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格自動劃分算法，應(yīng)用XML表達方式構(gòu)建了框架式模具 CAD/CAE設(shè)計分析一體化導(dǎo)向模板。建立了框架式模具設(shè)計實例的表達方式，通過劃分檢索信息粒度，給出了框架模具設(shè)計實例的分層次檢索方法，實現(xiàn)了基于設(shè)計實例的模具設(shè)計重用。
　　研究了制件變

4、形的模具型面預(yù)先補償法。在分析了制件在制造過程中變形的組成及產(chǎn)生原因后，根據(jù)制件變形產(chǎn)生階段和原因，將變形分為固化收縮變形和與模具相互作用導(dǎo)致的翹曲變形兩部分。分別建立了兩部分變形的模擬方法，能夠較快速、準(zhǔn)確的預(yù)測制件變形。提出了通過調(diào)整模具型面形狀補償制件變形，進而獲得高精度制件的制件變形的模具型面預(yù)先補償方法。該方法基于對制件變形的預(yù)測，通過將預(yù)測的制件變形量不斷反向疊加于模具型面，調(diào)整模具型面形狀，最終將制件制造變形用調(diào)整后的模具

5、型面補償，可獲得高尺寸形狀精度制件。
　　研究了基于替代模型（Metamodel）的框架式模具優(yōu)化設(shè)計方法。建立了框架式模具工作過程中因受熱膨脹和受壓兩種因素引起模具變形的模擬模型，在換熱過程模擬的基礎(chǔ)上進行了模具變形模擬。應(yīng)用此模擬工具，通過單因素多水平試驗，對比分析了各模具設(shè)計參數(shù)對模具型面溫差和變形的影響，發(fā)現(xiàn)模具型面厚度和支撐框架開口率是影響設(shè)計結(jié)果的敏感參數(shù)。忽略不敏感參數(shù)，建立了模具支撐結(jié)構(gòu)Metamodel優(yōu)化設(shè)計模