[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

本發明公開了一種大厚度樹脂基復合材料固化制度的優化方法。本發明利用預浸料的動態差示掃描量熱實驗數據，得到預浸料的固化動力學方程；再利用數值分析軟件和有限元仿真軟件，建立復合材料固化過程的溫度分布模型，實現了復合材料制造過程溫度分布與固化度的數值模擬計算；基于支持向量機(Support Vector Machine，SVM)神經網絡算法，建立代理模型進行優化問題求解，進而實現工藝參數的優化。經此方法優化后的固化制度可使復合材料中心固化溫升在兩個保溫臺階峰值處分別降低54％和71％，復合材料中心低溫下的固化度顯著降低，保障了樹脂分子大范圍長鏈交聯固化進而保障復合材料成型的力學性能，能廣泛應用于風電、船舶及風扇葉片等大厚度樹脂基復合材料部件的制造。

技術領域

本發明屬于復合材料成型制造領域，涉及一種大厚度樹脂基復合材料固化制度的優化方法。

背景技術

大涵道比航空渦扇發動機復合材料風扇葉片、風電葉片及船舶等領域廣泛采用變截面超大厚度復合材料結構。由于復合材料在固化過程中的導熱性差且伴隨固化放熱現象，大厚度復合材料為保證固化均勻性和控制殘余應力，會采用不同于薄壁復合材料的固化制度。

預浸料供應商推薦的大厚度固化制度只適用于一定的厚度范圍，對于如雙通道發動機風扇葉片榫頭部位等厚度超過70mm的部件是否適用是一個亟需研究的問題。可通過增加一個中高溫保溫臺階使固化溫度更均勻地傳遞到復合材料內部、降低中心的固化反應速度，使內部的固化放熱可以更及時地散發出來，避免過高的固化溫升。

但有研究表明，復合材料過多地在低于理想固化溫度的溫度下增加固化度會造成樹脂基體的分子交聯結構為分散的局部短鏈交聯結構，而非大范圍的長鏈交聯結構，進而嚴重影響成型的力學性能。因此超大厚度復合材料的固化參數的選擇需要在控制中心固化溫升和保障樹脂分子大范圍長鏈交聯固化進而保障復合材料成型的力學性能之間尋找一種平衡。

針對上述問題，本發明提出一種大厚度樹脂基復合材料固化制度的優化方法，從預浸料的固化動力學及流變性能出發，結合數值分析和有限元模擬仿真，建立復合材料固化過程的溫度分布模型，準確且高效地實現固化制度的優化，尤其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。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種能夠有效降低大厚度復合材料中心固化溫升的優化方法。

本發明具體采用的技術方案如下：

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；

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；