三维有限元模拟大长径比闭口梁的固化过程及其变形预测

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20230128.007

复合材料科学与工程 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (1): 63-69.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20230128.007

三维有限元模拟大长径比闭口梁的固化过程及其变形预测

万君¹, 张杰², 沈艳彬¹, 沙惠萍¹, 雷祖祥^3*

1.上海伽材新材料科技有限公司,上海201306;
2.中国航空工业昌河飞机工业(集团)有限责任公司,景德镇333002;
3.华东交通大学,南昌330013

收稿日期:2022-11-09 出版日期:2023-01-28 发布日期:2023-02-24
通讯作者: 雷祖祥(1986—),男,博士,教授,主要从事碳纤维复合材料力学性能方面的研究,zxlei@ecjtu.edu.cn。
作者简介:万君(1987—),男,学士,主要从事复合材料轻量化应用方面的研究。
基金资助:
江西省青年科学基金资助项目

Three dimensional finite element simulation of curing process and deformation prediction of closed beam with large aspect ratio

WAN Jun¹, ZHANG Jie², SHEN Yanbin¹, SHA Huiping¹, LEI Zuxiang^3*

1. Shanghai JiaCai Composites Technology Co., Ltd., Shanghai 201306, China;
2. AVIC Changhe Aircraft Industry (Group) Co., Ltd., Jingdezhen 333002, China;
3. East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China

Received:2022-11-09 Online:2023-01-28 Published:2023-02-24

摘要/Abstract

摘要： 大长径比闭口梁因具有变截面特性导致其固化过程往往较难预测。本研究通过构建热固化、流动-压实、应力-变形耦合的控制方程建立了有限元模型,计算了一体式大长径比闭口截面复合材料梁的固化过程,并基于模拟结果优化主梁成型模具的设计及制造。通过对比缩比件样品与模拟的结果发现全尺寸主梁外形面的仿真结果与实际形变量的平均误差为8%,最大计算误差为17%,验证了模型的准确性。该模型可以为构件模具的预变形设计提供依据,实现基于回弹变形补偿技术的一体式大长径比闭口复合材料梁的精确成型。

关键词: 复合材料, 闭口变截面梁, 大长径比, 变形预测

Abstract: The curing process of closed beams with large aspect ratio is often difficult to predict due to its variable cross-section characteristics. In this study, a finite element model was established by constructing governing equations of thermal curing, flow-compaction, and stress-deformation coupling and the curing process of a one-piece composite beam with a large aspect ratio closed cross-section was calculated by this model. Design and manufacture of main beam was optimized based on the simulation results. The accuracy of the model was verified by comparing the scaled parts samples with the simulation results. The average error and maximum error between the simulation results of the full-size main beam profile and the actual deformation are 8% and 17%, respectively. This model can provide a basis for the pre-deformation design of the component mold to realize the precise forming of one-piece closed composite beams with large length-to-diameter ratio based on springback deformation compensation technology.

Key words: composite material, closed beam, large aspect ratio, deformation prediction

中图分类号:

TB332

万君, 张杰, 沈艳彬, 沙惠萍, 雷祖祥. 三维有限元模拟大长径比闭口梁的固化过程及其变形预测[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(1): 63-69.

WAN Jun, ZHANG Jie, SHEN Yanbin, SHA Huiping, LEI Zuxiang. Three dimensional finite element simulation of curing process and deformation prediction of closed beam with large aspect ratio[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2023, 0(1): 63-69.

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三维有限元模拟大长径比闭口梁的固化过程及其变形预测

Three dimensional finite element simulation of curing process and deformation prediction of closed beam with large aspect ratio

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