[發明專利]一種纖維金屬層合板固化變形數值模擬方法

有效

• 申請號: 201810533524.5
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108804790B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 元振毅;楊癸庚;楊振朝;湯奧斐;思悅;李淑娟;李言
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王蕊轉

本發明公開了一種纖維金屬層合板固化變形數值模擬方法，具體包括如下步驟：步驟1，利用梁理論計算升溫過程中FMLs板內各層復合材料鋪層的固化殘余應力分布；步驟2，根據步驟1所得結果計算FMLs板的固化變形量。該方法將升溫過程中FMLs板內的金屬薄板與復合材料鋪層之間的相互作用考慮在內，使得FMLs板的固化變形預測更加準確。

技術領域

本發明屬于復合材料設計制造技術領域，涉及一種纖維金屬層合板固化變形數值模擬方法。

背景技術

纖維金屬層合板(Fiber Metal Laminates，FMLs)是一種由金屬合金薄板和纖維/樹脂復合材料交替鋪層后，在一定的溫度和壓力下固化而成的新型結構材料，其具有輕質、高強度、抗腐蝕、耐疲勞及較好的防火性等優點，目前正被廣泛應用在航空航天領域，例如空客A380的機身上壁板。固化過程中，由于纖維金屬層合板中復合材料鋪層的各向異性、化學收縮以及模具作用等，導致FMLs板中出現固化殘余應力，脫模后該殘余應力將釋放產生固化變形，影響FMLs板后續使用和裝配連接。除了上述因素外，由于FMLs內含有金屬薄板，其具有較高的熱膨脹系數，會與復合材料鋪層之間因熱膨脹系數的不匹配而導致FMLs內部在升溫過程產生殘余應力，嚴重影響FMLs板的制造精度。

現有技術中對復合材料構件的固化變形數值模擬方法已有很多，但針對FMLs板的固化變形的仿真分析研究還很少，并且現有研究中對FMLs板中金屬薄板與復合材料鋪層之間在升溫階段的相互作用研究還很少。FMLs板中，由于存在金屬薄板，導致其固化變形的影響因素更多，固化殘余應力的計算更加復雜。

Abouhamzeh M在2015論文《Closed form expression for residual stressesand warpage during cure of composite laminates》中利用經典層合板理論和能量法建立了考慮模具約束作用的FMLs板固化變形計算模型，模型雖然考慮了固化過程中基體材料的力學參數變化，但模型中并沒有考慮固化升溫過程中金屬薄板和復合材料鋪層之間的相互作用。

FMLs板的固化變形問題是影響其成型質量的關鍵問題之一，通過數值模擬的方法可以得到可靠的FMLs板固化變形量，對于成型模具修正及工藝參數優化具有重要指導意義。因此，在利用數值模擬方法計算FMLs板固化變形時，需要考慮FMLs板升溫過程中金屬薄板與復合材料鋪層之間相互作用的影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種纖維金屬層合板固化變形數值模擬方法，該方法將升溫過程中FMLs板內的金屬薄板與復合材料鋪層之間的相互作用考慮在內，使得FMLs板的固化變形預測更加準確。

本發明所采用的技術方案是，一種纖維金屬層合板固化變形數值模擬方法，具體包括如下步驟：

步驟1，利用梁理論計算升溫過程中FMLs板內各層復合材料鋪層的固化殘余應力分布；

步驟2，根據步驟1所得結果計算FMLs板的固化變形量。

本發明的特點還在于，

步驟1的具體過程如下：

通過如下公式(1)表示FMLs板內部的殘余應力、位移：