[發明專利]面向固化過程的復合材料與模具界面力監測方法

有效

• 申請號: 201610128916.4
• 申請日: 2016-03-07
• 公開（公告）號: CN105758793B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 李迎光;李楠埡
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04;B29C35/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

本發明提供了一種監測復合材料在固化過程中，其與模具相互作用力的方法。本發明中，在復合材料接觸的模具表面分布設置多道溝槽，應變傳感器埋入溝槽中，傳感器測量區域兩端與模具固定。將傳感器測得的應變信號換算為復合材料與模具之間的應力值，實現固化過程復合材料與模具之間相互作用力的監測。本發明實現了固化過程中復合材料與模具之間的相互作用力的有效監測，為復合材料固化變形預測和控制提供技術支持。

技術領域

本發明涉及一種復合材料固化成型技術，尤其是一種復合材料與模具在固化過程中相互作用力監測技術，具體地說是一種面向固化過程的復合材料與模具界面力監測方法。

背景技術

目前，復合材料作為一種新型材料，保留組成材料的主要優點，克服或者減少組成材料的缺點，還可以產生組分材料所沒有的一些優異性能，因此在工業領域和生活領域得到廣泛的應用。然而，由于復合材料與模具熱膨脹系數難以匹配，導致在固化過程中，復合材料與模具之間產生界面力。該界面力致使復合材料產生翹曲、回彈等現象，嚴重影響復合材料外形精度以及增加裝配難度。因此，監測復合材料與模具之間的界面力，是預測和控制復合材料固化變形的技術前提。

現階段，研究復合材料與模具之間相互作用力的主要測量方法有：

①采用剪切層代替模具，根據最終變形量設計剪切層厚度與熱膨脹系數，模擬仿真復合材料與模具之間相互作用力。

②用摩擦系數與摩擦力替代。設定裝置離散地測定模具與復合材料之間摩擦系數隨固化度變化關系。以摩擦力來形容界面力。

③傳感器檢測。在復合材料或者模具上放置傳感器，直接監測界面力。

上述方法中，第一種方法雖然有利于減少實驗測量工作量，然而無法實現界面力監測。第二種方法雖然能實現復合材料離散性監測，然而摩擦系數的測量受到諸多因素影響，如模具與復合材料相對運動速度，因此測量精度較低。第三種方法雖然實現監測界面力，然而該方法不考慮傳感器本身測量方法上的誤差，如傳感器測量部分應變分布不均，模具厚度方向應力梯度，樹脂流動等因素，因此精度較低。并且將傳感器放置在復合材料內部的方法，不僅影響復合材料性能，傳感器也只能使用一次。

發明內容

本發明的目的是針對現有的復合材料與模具界面力測量存在的精度不高或測量過程復雜的問題，發明一種面向固化過程的復合材料與模具界面力監測方法。

本發明的技術方案是：

一種面向固化過程的復合材料與模具界面力監測方法，其特征在于：在模具與復合材料接觸的表面分布設置多道可在任意方向上連續或不連續分布的溝槽，優選沿模具長度與寬度方向分布；應變傳感器放入溝槽中，溝槽表面密封，溝槽深度不小于傳感器直徑或截面高度，優選高于傳感器直徑或截面高度0.05mm至0.25mm，傳感器測量區域與溝槽四周壁面無接觸，測量區域兩端固定在溝槽內；將傳感器在固化過程中受到的應變換算為復合材料與模具之間的界面應力。

所述的溝槽沿模具長度與寬度方向分布。

所述的溝槽深度比傳感器直徑或截面高度大0.05mm-0.25mm。

所述的復合材料為纖維增強樹脂基復合材料、晶須增強樹脂基復合材料、纖維增強陶瓷基復合材料和晶須增強陶瓷基復合材料中的一種；所述的模具為金屬模具、復合材料模具、陶瓷材料模具、石英材料模具、水泥材料模具或石膏材料模具中的一種。

所述的傳感器為光纖光柵傳感器、金屬應變片或其他類型應變傳感器；傳感器測量區域中點放置于與溝槽排布方向垂直的模具中心線上。

依據測量應變與模具在該測量方向彈性模量的關系，計算得到傳感器所受正應力；在模具溝槽方向上，基于界面力與正應力力學平衡關系，以及復合材料邊緣處模具受到應力為零的邊界條件，計算與溝槽同等截面積，從傳感器固定點至復合材料邊緣的模具表面區域累積應力，此累積應力為界面力。