模具对复合材料构件固化变形的影响分析

通过光纤光栅的方法实验研究了在热压罐成型工艺过程中,复合材料构件由金属固化模具与复合材料构件热不匹配导致的沿厚度方向和面内的固化残余应力发展,得到了固化后残余应力沿构件厚度方向和面内的分布情况,并分析了该残余应力分布的产生机制以及对构件固化后变形的影响.结果表明:复合材料与模具之间的热不匹配导致的固化残余应变沿构件厚度方向呈梯度分布,靠近模具端大于远离模具端,并且该应变会引起构件固化后的翘曲变形,变形以沿纤维方向为主.     

模具对柱面复合材料构件固化变形影响的有限元分析

针对复合材料构件固化变形问题, 分析了复合材料热压罐成型固化过程的多场耦合关系, 考虑模具的作用, 建立了柱面复合材料构件固化过程的有限元分析模型。基于此模型, 研究了模具材料、 模具厚度和模具形式对柱面复合材料构件固化变形的影响。结果表明: 模具对柱面件固化变形的影响较大, 模具材料与构件材料热膨胀系数(CTE)不匹配程度影响构件回弹角的大小; 模具的厚度不同, 导致构件的不同回弹角; 采用阴模时, 构件回弹角小于阳模的, 且回弹方向相反。     

固化过程中模具与复合材料构件相互作用分析

通过在模具与复合材料之间引入剪切层的方法, 建立预报相互作用下构件变形的有限元模拟程序, 模拟结果与文献中的实验结果基本吻合。同时建立了剪切层性能参数预报模型, 经实验与模拟结果的对比证明, 该模型能够对不同工艺条件下及不同结构尺寸的复合材料构件的固化变形进行较为准确地模拟。      

热固性树脂基复合材料构件固化变形数值模型

针对树脂基复合材料构件固化过程中的固化翘曲变形这一关键技术问题,通过引入剪切系数的方法来代替固化过程中模具与复合材料之间的相互作用,建立了预报树脂基复合材料构件固化变形的数值计算模型。通过少量实验数据来确定模具与复合材料之间的剪切系数,进而预测复合材料构件的固化变形。通过与文献中实验结果的比较证明了所建立的模型具有较高的可靠性。实验与计算结果表明,该模型能够在不考虑复杂的材料参数变化的情况下对不同结构尺寸及不同工艺参数下的复合材料构件的固化变形进行较为准确地预测。     

非热压罐工艺模具对复合材料加筋壁板固化变形影响的有限元分析

通过真空袋成型工艺,利用CYCOM 5320-1材料体系制备了碳纤维/树脂基复合材料T型加筋壁板,并应用激光跟踪仪测量了其固化变形量。针对考虑模具影响和不考虑模具影响两种情况,利用有限元方法模拟了该加筋壁板固化过程。结果表明：数值模拟固化变形趋势和实验结果趋势相同,在宽度方向上吻合较好。考虑模具因素比未考虑模具因素的模拟结果更接近真实变形值,这是由于复合材料在达到树脂凝胶点之前,模具受热挤压模腔,导致构件产生永久性变形造成的。     

复合材料层合板的固化残余应力和变形分析

本文采用非线性有限元方法研究了复合材料层合板在固化后期降温过程的残余应力和变形问题。考虑了材料的热物理与力学性质随温度的变化以及变化率和应力间耦合的影响。给出了一些有意义的结果。     

基于模具-制件相互作用的复合材料制件固化变形数值模型

针对复合材料制件在成型过程中的固化变形这一关键技术问题,通过在模具与复合材料制件之间引入剪切层的方法,建立了预测复合材料制件固化变形的解析计算模型和有限元仿真模型。剪切层的剪切模量用来衡量固化过程中模具与复合材料制件之间的相互作用,其数值大小通过与实验数据进行比对而得到。基于建立的固化变形模型,与文献中已有的实验结果进行了比较。结果表明:所建立的模型具有较高的可靠性。同时针对L型复合材料制件建立了三维有限元仿真模型,模型中除考虑材料各向异性和化学收缩效应以外,还将成型过程中模具与复合材料制件间的相互作用考虑在内。模拟结果表明:引入模具作用后L型零件的固化变形预测结果更加准确。      

热固性树脂基复合材料固化变形解析预测研究进展

在外部成型条件和内部材料各向异性的影响下,脱模后复合材料构件不可避免的产生固化变形,解析预测方法可以快速的预估复合材料的固化变形并能解释其潜在的变形机制,因而被广泛研究。本文介绍了热固性复合材料固化变形的产生因素和来源,并重点了详述了平板和曲型复合材料构件固化变形解析预测方法的最新进展,并分析其优缺点,为复合材料固化变形预测提供方向和参考。最后简要讨论了当前复合材料固化变形解析预测的主要发展方向。     

热固性树脂基复合材料固化变形和残余应力数值模拟研究综述

固化变形和残余应力给复合材料的应用带来威胁,准确的预测固化变形和残余应力可以为复合材料的结构和工艺设计提供调整依据,减小固化变形和残余应力。数值模拟方法因其简单、预测精度高而被广泛采用。本文主要介绍了复合材料固化变形和残余应力数值模拟流程中包含的热传导-固化模块、流动压实模块和应力变形模块。重点详述了应力变形模块中本构方程和模型-构件之间相互作用力研究的最新发展,为固化变形和残余应力预测提供方向和参考。简要讨论当前复合材料固化变形和残余应力预测的主要发展方向。     

整体化复合材料结构分阶段固化变形预报方法及其实验验证

通过测试分析了T800/环氧预浸料固化过程中性能参数的变化规律; 针对热压罐工艺条件下复合材料整体化结构分阶段成型的特点,提出了一种基于应力传递的分阶段固化变形的有限元模拟方法; 对于不同成型工艺的工型加筋壁板结构,将分阶段模拟得出的变形结果与测试结果进行了对比,并分析了成型工艺与变形量之间的关系。结果表明,本文中提出的模拟方法能够准确预报整体化结构的固化变形,变形与成型工艺密切相关,针对特定的结构与铺层,采用合理的工艺过程能够有效减小构件的固化变形。     

纤维缠绕复合材料固化过程残余应力/应变的三维数值模拟

采用有限元分析软件ABAQUS,对具有金属内衬的纤维缠绕复合材料圆筒在固化过程中残余应力及应变的变化规律进行了模拟计算。采用FORTRAN语言编制了用以分析固化过程中残余应力的子程序,该子程序考虑了固化过程中复合材料力学性质的变化和由于树脂固化收缩产生的化学收缩应变。算例结果表明：复合材料和金属内衬的残余应力在初始阶段均接近于零,当固化到一定阶段,残余应力迅速增加并且很快达到最大值,在降温阶段释放了部分的残余应力;在整个固化过程中,金属内衬受到压应力,而纤维缠绕层受到拉应力。本文中的三维有限元模型可以得到任意时刻复合材料的温度及固化度分布,通过数值模拟可以有效地优化复合材料固化工艺参数,提高制件的质量。     

Cyclic deformation of tungsten monofilament-reinforced multicrystalline copper composites

In an attempt to understand the cyclic deformation behavior of continuous fiber reinforced metal matrix composites, plastic strain controlled tests have been performed on tungsten monofilament-reinforced, multicrystalline, copper composites. The cyclic hardening response of the composites greatly depends on the fatigue dislocation structures corresponding to the strain amplitude. For example, at high strain amplitude, i.e. 1×10⁻³, secondary slip stimulated by the self-stresses of the primary dislocations becomes more active, and secondary hardening even occurs during saturation. At low strains, loop patches form and are associated with fine slip. At intermediate strains, persistent slip bands occur, but their distribution is altered by the presence of the fiber. The paper introduces a simple model to link the cyclic stress–strain response of the multicrystalline composites to those of monolithic single crystals and fibers. This model not only represents the fiber reinforcement by the rule of mixtures, but also adopts the Sachs model for the single crystal–polycrystal conversion factor. The results calculated by the model show very good agreement with the experimental data in all strain amplitudes at which the composites were fatigued. This encouraging outcome suggests that the new model could be applied to high-cycle fatigue of commercial continuous-fiber-reinforced polycrystalline metal matrix composites.     

热固性树脂基复合材料固化变形影响因素分析

采用整体-子模块化方法建立了描述复合材料固化全过程的三维有限元模型。以L 形层合板为例,分析了固化工艺、结构设计和模具等因素对固化变形的影响方式和程度。数值模拟结果表明：升温速率和对流换热系数通过改变峰值温度影响回弹角,固化压力通过改变树脂分布和含量影响回弹角;铺层方向引起的结构力学性能的变化是回弹角差异较大的主要原因,厚度对固化变形的影响需考虑其对峰值温度和结构刚度变化两方面因素的综合影响,拐角半径的变化对固化变形的影响较小;模具形式通过改变树脂分布梯度和模具对结构的作用力位置影响回弹角,模具材料和形式的选择对于固化变形控制具有重要意义。     

钛酸钡/环氧介电复合材料制备技术的研究

以环氧树脂作为基体、双氰胺和2-乙基-4-甲基咪唑作为固化剂体系、颗粒尺寸在38.0nm～2.67μm范围的钛酸钡(BaTiO3)作为高介电填充组分,采用溶液共混合旋涂工艺,制备了不同BaTiO3含量的0-3型BaTiO3/环氧复合材料膜,研究分析了环氧树脂固化工艺的确定以及不同BaTiO3含量的复合材料的晶相及显微结构.研究表明,固化剂体系含量占环氧树脂质量分数为6%时,固化温度约120℃(1h);受钛酸钡粒子的影响,复合材料基体相聚合物有序排列的分子结构被破坏,环氧树脂分子链的排列密度降低;BaTiO3质量分数为0.6时,复合材料中陶瓷粉末的分散效果最佳.