[發明專利]碳纖維增強復合材料薄板的模壓成型工藝優化方法

有效

• 申請號: 202110317769.6
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113033051B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 謝久明;武晉;周學均
• 申請（專利權）人: 天津中德應用技術大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 北京企創智恒專利代理事務所(普通合伙) 16173
• 代理人: 曹利華

本公開提供一種碳纖維增強復合材料薄板的模壓成型工藝優化方法，包括：操作S100：建立碳纖維增強復合材料薄板件模壓成型的本構模型；操作S200：根據所述本構模型進行有限元分析，得到分析結果；操作S300：通過所述分析結果，優化所述模壓成型的工藝參數。實現了能夠不依靠經驗及實驗進行成型工藝參數的設定；降低了其有限元模擬仿真的計算量，與實際工況更加吻合，計算精度更高，縮短了計算周期；實現了碳纖維增強復合材料薄板件工藝參數快速優化。

技術領域

本公開涉及碳纖維增強復合材料技術領域，尤其涉及一種碳纖維增強復合材料薄板件的模壓成型工藝優化方法。

背景技術

碳纖維增強復合材料以其高比強度、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕、破損安全性好、性能可設計性強等不可替代的優勢，已成為21世紀產品輕量化的主流材料，市場前景廣闊。碳纖維增強復合材料模壓成型以低成本、高效率、產品重復性好等優點，其在產品零部件工業化批量生產中尤其是大批量生產中，具有很強的競爭優勢，而薄板件更是作為覆蓋件、加固件得到廣泛應用。

雖然模壓成型工藝相比于其他成型工藝具有突出的優勢，但在模壓成型過程中，模壓成型工藝也存在著一定的弊端，如：應用此工藝制造出的產品極易出現表面質量差、層間剝離、焦化、翹曲變形、褶皺、氣泡等現象，進而嚴重影響產品的質量；產品在模壓成型過程中，受多參數耦合擾動的影響，其質量很難預測及控制；在新產品開發過程中，模壓成型的工藝參數主要依賴經驗和現場試驗，導致產品開發周期長、成本高；此外，在模壓成型過程中，應用現有技術構建的模擬仿真本構模型極其復雜，且模擬仿真的計算周期較長，不適于工業化應用。

發明內容

(一)要解決的技術問題

基于上述問題，本公開提供了一種碳纖維增強復合材料薄板件模壓成型工藝優化方法，以緩解現有技術中模壓成型過程模擬仿真的本構模型復雜等技術問題。

(二)技術方案

本公開提供一種碳纖維增強復合材料薄板的模壓成型工藝優化方法，包括：

操作S100：建立碳纖維增強復合材料薄板件模壓成型的本構模型；

操作S200：根據所述本構模型進行有限元分析，得到分析結果；

操作S300：通過所述分析結果，優化所述模壓成型的工藝參數。

在本公開實施例中，所述碳纖維增強復合材料薄板包括基體，所述操作S100包括：

操作S110：將所述碳纖維增強復合材料薄板等效為熱流變復雜材料，添加與溫度相關的垂直移動系數；

操作S120：忽略所述碳纖維增強復合材料薄板模壓成型過程中，基體固化反應所釋放的熱量在厚度方向上的熱傳遞；

操作S130：忽略基體受熱后的流動過程垂直于所述碳纖維增強復合材料薄板板面方向的浸漬和滲透；

操作S140：采用表示材料的本構模型及增強方程，材料的應力張量和有效應變張量在系統中采用圓柱坐標系表示；

操作S150：將三維廣義模型轉換為等效為二維廣義模型。

在本公開實施例中，所述基體包括：

樹脂，填充于所述碳纖維增強復合材料薄板的各纖維之間；

其中，垂直于所述碳纖維增強復合材料薄板板面方向，與所述板面內兩方向構成笛卡爾坐標系，所述板面內兩方向分別為x方向及y方向，垂直于所述板面的方向為z方向。

在本公開實施例中，所述操作S120包括：

所述碳纖維增強復合材料薄板，忽略其在厚度方向上的熱傳遞，采用傅里葉熱傳導方程，表述為：