[發明專利]一種大厚度樹脂基復合材料固化制度的優化方法

有效

• 申請號: 202011410760.1
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112632813B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 高巖;王歡;彭華新;董家樂
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06N20/10;G06F111/06;G06F111/10;G06F113/26;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

1.一種大厚度樹脂基復合材料固化制度的優化方法，用于對預浸料的兩臺階固化制度中的低溫保溫臺階參數進行優化，其特征在于：包括如下步驟：

S1：利用目標預浸料的動態差示掃描量熱實驗數據，對自催化反應動力學模型進行數據擬合，得到預浸料的固化動力學模型；

S2：獲取預浸料的粘度溫度曲線，并根據粘度溫度曲線確定粘度低于閾值的溫度范圍；

S3：基于固化動力學模型和粘度溫度曲線，采用數值分析軟件對所述溫度范圍內不同等溫條件下預浸料的固化行為進行分析，以減少局部短鏈交聯結構對力學性能的影響為判斷標準，在所述溫度范圍內選擇低溫保溫臺階溫度；所述判斷標準中，選擇等溫60min內固化度增長不超過5％的最高溫度作為低溫保溫臺階溫度；

S4：在保持預浸料原始固化制度中的高溫保溫臺階溫度和高溫保溫臺階時長不變的條件下，利用Abaqus有限元仿真軟件，建立預浸料制成的復合材料固化過程的溫度分布模型，實現復合材料制造過程溫度分布與固化度的數值模擬計算，從而獲取若干組模擬數據；其中每組模擬數據包含在升溫速率v和低溫保溫臺階時長t₁下模擬得到的該復合材料內部中心點處的低溫保溫臺階峰值溫度T_max1、高溫保溫臺階峰值溫度T_max2和固化度；

S5：在保持預浸料原始固化制度中的高溫保溫臺階溫度和高溫保溫臺階時長不變的條件下，以所述的模擬數據作為訓練數據，對SVM神經網絡進行訓練，得到代理模型，所述代理模型以升溫速率v和低溫保溫臺階時長t₁為輸入，輸出該復合材料的低溫保溫臺階峰值溫度T_max1、高溫保溫臺階峰值溫度T_max2和低溫保溫臺階結束時的固化度；

S6：針對所述代理模型通過多目標優化算法進行優化問題求解，得到使目標函數最小的代理模型中兩個輸入值的最優解，所述目標函數為代理模型三個輸出值的線性加權和；以所述低溫保溫臺階溫度、升溫速率v的最優解和低溫保溫臺階時長t₁的最優解，作為目標預浸料最優固化制度參數中的低溫保溫臺階溫度、升溫速率和低溫保溫臺階時長，實現大厚度樹脂基復合材料固化制度的優化。

2.根據權利要求1所述的大厚度樹脂基復合材料固化制度的優化方法，其特征在于，所述優化方法適用于有大厚度復合材料固化制度的預浸料，或適用于無固化動力學模型及無大厚度復合材料固化制度的預浸料。

3.根據權利要求1所述的大厚度樹脂基復合材料固化制度的優化方法，其特征在于，S1中預浸料自催化反應動力學模型如下式所示：

或

式中：α為材料的固化度，dα/dt為固化反應速率，k₁和k₂分別為非催化聚合反應速率常數和自催化聚合反應速率常數，m和n均為反應級數，A為指前因子，R為普適氣體常數，T為絕對溫度，E為固化反應的反應活化能。

4.根據權利要求1所述的大厚度樹脂基復合材料固化制度的優化方法，其特征在于，S1中所述動態差示掃描量熱實驗所選升溫速率為1～20℃/min之間的任意溫度，優選為3℃/min、5℃/min、10℃/min、15℃/min或20℃/min；所述動態差示掃描量熱實驗數據應包含溫度、熱流量和升溫速率。

5.根據權利要求1所述的大厚度樹脂基復合材料固化制度的優化方法，其特征在于，S2中所述的閾值為10～50pa·s。

6.根據權利要求1所述的大厚度樹脂基復合材料固化制度的優化方法，其特征在于，S4中所述的復合材料固化過程的溫度分布模型采用下述熱傳遞模型：

式中：ρ和C_p分別為材料密度和材料比熱容，k_xx、k_yy和k_zz分別為材料在三個方向上的導熱系數，為固化放熱率，其計算公式為：

式中v_f為纖維體積分數，H_r為單位質量樹脂固化總放熱量。