[發(fā)明專利]各向異性復(fù)材制件熱壓罐成形復(fù)材工裝模板設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010105623.7
• 申請日: 2010-02-04
• 公開（公告）號: CN101794332A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李迎光;萬世明;王紅星;李德尚;于剛;張吉;傅浩杰;傅承陽
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 唐小紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及各向異性復(fù)合材料制件的熱壓罐成形復(fù)合材料工裝模板設(shè)計(jì)方 法。屬于各向異性復(fù)合材料制件熱壓罐成形工裝設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

先進(jìn)復(fù)合材料的最大優(yōu)點(diǎn)是比強(qiáng)度高和比模量高，另一特點(diǎn)是具有可設(shè)計(jì) 性，即通過改變鋪層角度、鋪層順序、鋪層厚度和纖維含量，以獲得制件設(shè)計(jì)所 需性能。以樹脂為基體的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已在航空航天，軍工及民用等諸多領(lǐng) 域廣泛應(yīng)用。

復(fù)合材料的性能除了取決于纖維和基體材料本身的性能外，還取決于纖維的 含量和鋪設(shè)方式。利用復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性，通過設(shè)計(jì)細(xì)觀結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)制件設(shè) 計(jì)的各向異性，即強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)等力學(xué)和物理性能在各個方向上不同。這種 基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)觀點(diǎn)設(shè)計(jì)材料的方法已成為各向異性材料設(shè)計(jì)的一種有效的途徑。 但具體應(yīng)用在復(fù)合材料工裝模板設(shè)計(jì)上還處于空白。

目前，制備復(fù)合材料制件的工裝主要以20鋼、鋁合金和INVAR鋼等為主， 這些材料各向熱膨脹系數(shù)相同，能滿足固化成形各向同性復(fù)合材料制件的要求。 而對具有強(qiáng)烈各向異性要求的復(fù)合材料制件，以上材料難以實(shí)現(xiàn)與制件各向熱膨 脹系數(shù)匹配，見圖1。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于，采用低溫成形高溫使用的復(fù)合材料作工裝模板材料，基于 樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性的特點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)工裝材料的鋪層方式， 使得工裝和制件的各向熱膨脹系數(shù)一致。由本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)方法，解決了在熱 壓罐成形過程中各向異性復(fù)合材料制件與工裝模板各向熱膨脹系數(shù)難以匹配的 問題，提高了制件精度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案：

一種各向異性復(fù)合材料制件熱壓罐成形工裝模板設(shè)計(jì)方法，適用于熱壓罐成 形復(fù)合材料制件的固化工藝曲線和鋪層信息已知的前提條件下進(jìn)行，其特征在于 具體方法如下：

第一步：由已知的制件鋪層信息及工程常量，通過計(jì)算獲得制件各個方向上 的熱膨脹系數(shù)；

第二步：采用低溫成形高溫使用的復(fù)合材料作工裝模板材料，根據(jù)制件的熱 膨脹系數(shù)，設(shè)計(jì)工裝材料的鋪層方式，使制件和工裝的各向熱膨脹系數(shù)相匹配， 絕對誤差小于10％，通過計(jì)算，兩者的熱膨脹系數(shù)超出誤差范圍，重新進(jìn)行鋪層 設(shè)計(jì)，從而使兩者的變形一致；

上述第一步、第二步涉及公式如下，其中根據(jù)制件復(fù)合材料的不同形式分別 采用下面兩組公式：

對于制件為單向纖維增強(qiáng)的層合板：

已知：平面內(nèi)力狀態(tài)下，單層板有四個獨(dú)立的彈性常數(shù)：E_L、E_T、v_LT、v_TL、 G_LT，E_L、E_T分別為單層板面內(nèi)橫向和縱向彈性模量；v_LT、v_TL分別為單層板 面內(nèi)橫向和縱向泊松比；G_LT為面內(nèi)剪切模量；則單層板主軸方向的二維剛度矩 陣為：

[Q]=Q11Q120Q21Q22000Q66---(1)]]>

令：m＝(1-v_LTv_TL)^-1，其中：