[發(fā)明專利]一種基于金屬絲變形的復(fù)合材料固化殘余應(yīng)力測量方法

在審

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• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115343320A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉學(xué)術(shù);喬仁勇
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01N23/046
• 分類號: G01N23/046;G01N1/28;G01L1/25;G01L5/00
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21102
• 代理人: 許明章;王海波

本發(fā)明屬于復(fù)合材料殘余應(yīng)力測量領(lǐng)域，提供一種基于金屬絲變形的復(fù)合材料固化殘余應(yīng)力測量方法。先將預(yù)浸料鋪層至所需厚度；畫十字中心線來對金屬絲插入位置做標(biāo)記；將鋪放好的預(yù)浸料用鋼針打孔，并將低剛度的金屬絲插入打好的孔中，插入過程中確保金屬絲無彎折且與孔壁配合緊密；利用CT獲得未固化預(yù)浸料中所插入的金屬絲的原始幾何形狀；接著選擇成型工藝將預(yù)浸料進(jìn)行固化；然后再次利用工業(yè)CT獲得固化完成后所插入的金屬絲的幾何變形數(shù)據(jù)；最后將變形數(shù)據(jù)輸入建立好的仿真模型中來獲得復(fù)合材料殘余應(yīng)力沿厚度方向的分布規(guī)律。利用上述方法求得不同位置處殘余應(yīng)力沿厚度方向的分布規(guī)律從而建立多層異質(zhì)復(fù)合材料平板試驗(yàn)件初始?xì)堄鄳?yīng)力分布模型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料殘余應(yīng)力測量領(lǐng)域，涉及一種基于金屬絲變形的復(fù)合材料固化殘余應(yīng)力測量方法。

背景技術(shù)

復(fù)合材料在成型冷卻過程中會產(chǎn)生明顯的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生會使板材發(fā)生翹曲變形，這些缺陷和變形的累積對加工和裝配都有不利影響，關(guān)系著制件的成型質(zhì)量。因此，為了減小殘余應(yīng)力引起的變形，需要對復(fù)材板件殘余應(yīng)力進(jìn)行測量。目前比較常用的殘余應(yīng)力測量方法主要分為無損檢測以及有損檢測兩類。無損檢測包括例如X射線法等。但此類方法成本很高，而且對設(shè)備以及人員的操作水平要求較高，不利于實(shí)際應(yīng)用。有損檢測在實(shí)際應(yīng)用中十分廣泛，主要包括鉆孔法和切割法等。

但傳統(tǒng)的有損測量方法需要利用數(shù)控機(jī)床等工具將固化完成后的復(fù)合材料進(jìn)行破壞，從而測得復(fù)材板件殘余應(yīng)力分布，這就不可避免的產(chǎn)生切削應(yīng)力從而導(dǎo)致測得的板材殘余應(yīng)力分布不準(zhǔn)確。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種基于工業(yè)CT、低剛度金屬絲、有限元模型來測量復(fù)合材料沿厚度方向殘余應(yīng)力的方法，首先在完成預(yù)浸料鋪放后用鋼針沿制件厚度方向鉆制小孔并穿入低剛度金屬絲，確保金屬絲無彎折且與孔壁配合緊密。采用工業(yè)CT對固化前試驗(yàn)件進(jìn)行掃描，以獲取金屬絲初始幾何形狀。之后，采用固化成型工藝制備完成試驗(yàn)件后再次采用工業(yè)CT對試驗(yàn)件進(jìn)行掃描以獲取固化后金屬絲的幾何形狀。采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對比固化前后金屬絲的幾何形狀以獲取固化殘余應(yīng)力導(dǎo)致金屬絲幾何變形量，并利用有限元分析的方法依據(jù)金屬絲幾何變形獲取殘余應(yīng)力沿制件厚度方向的分布規(guī)律。利用上述方法求得不同位置處殘余應(yīng)力沿厚度方向的分布規(guī)律從而建立多層異質(zhì)復(fù)合材料平板試驗(yàn)件初始?xì)堄鄳?yīng)力分布模型。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提出一種能精確測量計(jì)算復(fù)合材料板材固化殘余應(yīng)力分布的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于金屬絲變形的復(fù)合材料固化殘余應(yīng)力測量方法，步驟如下：

第一步：對預(yù)浸料進(jìn)行裁剪、鋪放

按樣板裁剪預(yù)浸料，鋪放預(yù)浸料至所需要的厚度；

第二步：確定預(yù)浸料中金屬絲插入位置

將鋪放好的預(yù)浸料按軸對稱劃分，在軸對稱線上等間距布置金屬絲插入位置，同時(shí)選擇劃分后的其中一部分沿水平方向等間距布置金屬絲插入位置；相鄰兩個(gè)金屬絲插入位置為20mm，最后在插入位置劃出十字中心線做標(biāo)記；

第三步：將鋪放好的預(yù)浸料用鋼針進(jìn)行打孔

擦拭干凈夾具表面、將鋪放好的預(yù)浸料用夾具夾緊，要求裝夾平整、牢靠，同時(shí)應(yīng)注意工件的裝夾方式，以防預(yù)浸料因裝夾而變形；將鋼針沿預(yù)浸料厚度方向鉆孔，然后將金屬絲插入鉆好的孔中；

第四步：利用工業(yè)CT獲得固化前預(yù)浸料中所插入的金屬絲的幾何形狀

采用工業(yè)CT對未固化板材進(jìn)行掃描，獲取未固化前預(yù)浸料中所插入金屬絲的初始幾何形狀；

第五步：利用成型工藝對預(yù)浸料進(jìn)行固化

選擇成型工藝將掃描完成后的預(yù)浸料進(jìn)行固化，使得插入的金屬絲發(fā)生變形；