复合材料成型模具补偿及构件自适应调整方法研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20231128.007

复合材料科学与工程 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (11): 49-57.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20231128.007

复合材料成型模具补偿及构件自适应调整方法研究

鲍益东¹, 张恒¹, 张会杰², 宦蕾¹, 杨智勇², 左小彪², 安鲁陵¹

1.南京航空航天大学机电学院,南京 210000;
2.航天材料及工艺研究所,北京 100076

收稿日期:2022-09-29 出版日期:2023-11-28 发布日期:2023-12-14
作者简介:鲍益东(1976—),男,博士,副教授,主要从事复合材料成型工艺仿真方面的研究,baoyd@nuaa.edu.cn。
基金资助:
国防基础科研计划项目(JCKY2019203-WDZC006);国家自然科学基金委员会面上项目(51975280)

Research on composite material forming mould compensation and component adaptive adjustment method

BAO Yidong¹, ZHANG Heng¹, ZHANG Huijie², HUAN Lei¹, YANG Zhiyong², ZUO Xiaobiao², AN Luling¹

1. College of Mechanical & Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronauticsand Astronautics, Nanjing 210000, China;
2. Aerospace Research Institute of Materials & Processing Technology, Beijing 100076, China

Received:2022-09-29 Online:2023-11-28 Published:2023-12-14

摘要/Abstract

摘要： 复合材料构件固化变形后进行模具补偿需要对构件有限元模型进行重新建模,效率低,工作量大且缺乏验证,针对复合材料成型模具型面补偿后需要调整对应的复合材料构件有限元模型的问题,提出了一种复合材料成型模具型面补偿及构件自适应调整的方法,采用虚拟材料模型实现了构件网格与补偿后模具网格相互贴合。使用典型件验证了方法的正确性,并依据T形加筋壁板构件实例讨论了在此方法下的试验结果。结果表明:①通过模具型面补偿,能够使T形加筋壁板和复杂筒形壁板构件固化变形量明显降低;②使用本文提出的方法进行T形加筋壁板固化试验,可得试验偏差测量值与数值模拟偏差值的最大相对误差为17.20%,满足工程验收标准;③使用本文复合材料固化成型模具型面补偿及构件有限元自适应调整方法能够避免模具补偿后构件有限元模型重构操作,提升模具补偿效率,提高结果准确性。

关键词: 复合材料成型, 模具型面补偿, 自适应调整, 有限元, 数值模拟分析

Abstract: The finite element model of composite component should be re-modeled for mould compensation after curing deformation which is with low efficiency, heavy workload and lack of validation. A method of mould surface compensation for composite material molding and component adaptive adjustment was proposed to aim at the problem that the finite element model of compsite component needs to be adjusted after mould surface compensation of composite forming mould. The virtual material model was used to realize the fully fitting of the component mesh and the compensated mould mesh. The typical component was used to verify the correctness of the method, and the experimental results of this method were discussed based on an example of a complex barrel-shaped panel. The results show that: ①The curing deformation of T-stiffened panels and complex barrel-shaped panels can be significantly reduced by mould surface compensation; ②The method proposed in this paper was used to test the curing deformation of T-stiffened panels and the maximum relative error between the measured test deviation and the numerical simulation deviation was 17.20% which meets the engineering acceptance standard; ③The method of composite material forming mould compensation and component adaptive adjustment can avoid the reconstruction operation of component finite element model after mould compensation, improve the compensation efficiency, and improve the accuracy of the results.

Key words: composite molding, mould surface compensation, adaptive adjustment, finite element, numerical simulation analysis

中图分类号:

TB332

鲍益东, 张恒, 张会杰, 宦蕾, 杨智勇, 左小彪, 安鲁陵. 复合材料成型模具补偿及构件自适应调整方法研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(11): 49-57.

BAO Yidong, ZHANG Heng, ZHANG Huijie, HUAN Lei, YANG Zhiyong, ZUO Xiaobiao, AN Luling. Research on composite material forming mould compensation and component adaptive adjustment method[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2023, 0(11): 49-57.

参考文献

[1] 杨洋. 却顾所来径, 苍苍横翠微——国产大型客机C919复合材料发展侧记[J]. 科技中国, 2017(7): 53-55.
[2] 刘望子, 汪心文, 管海新, 等. U型复合材料结构件热压罐固化变形及补偿技术应用研究[J]. 航空制造技术, 2017(16): 64-69.
[3] 李顶河, 郭永刚, 孟宪明. 复合材料层合结构热压罐固化过程的多物理场-热流固解耦数值求解[J]. 航空科学技术, 2022, 33(2): 36-45.
[4] 胡清, 邱航波, 郭绍华, 等. 复合材料层压结构变形机理分析及解决措施[J]. 装备制造技术, 2013(3): 147-148, 153.
[5] 房晓斌, 王浩军, 艾明, 等. 复合材料翼梁成型工艺研究[J]. 现代制造技术与装备, 2021, 57(7): 8-10.
[6] 李桂东. 复合材料构件热压罐成型工装设计关键技术研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2010.
[7] DONG C, ZHANG C, LIANG Z, et al. Dimension variation prediction for composites with finite element analysis and regression modeling[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2004, 35(6): 735-746.
[8] ZHU Q. Dimensional accuracy of thermoset composites: Shape optimization[J]. Journal of Composite Materials, 2002, 36(6): 647-672.
[9] KAPPEL E, STEFANIAK D, HÜHNE. Process distortions in prepreg manufacturing-An experimental study on CFRPL-profiles[J]. Composite Structures, 2013, 106: 615-625.
[10] JUNG W K, CHU W S, AHN S H, et al. Measurement and compensation of spring-back of a hybrid composite beam[J]. Journal of Composite Materials, 2007, 41(7): 851-864.
[11] KAPPEL E, STEFANIAK D, HOLZHÜTER D, et al. Manufacturing distortions of a CFRP box-structure-A semi-numerical prediction approach[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2013, 51: 89-98.
[12] WUCHER B, LANI F, PARDOEN T, et al. Tooling geometry optimization for compensation of cure-induced distortions of a curved carbon/epoxy C-spar[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2014, 56: 27-35.
[13] 花蕾蕾, 安鲁陵, 赵一鸣, 等. 复合材料构件成型模具型板改进设计[J]. 机械制造与自动化, 2020, 49(6): 56-60.
[14] 陈桂华, 张群威. 基于Dynaform的车身覆盖件成形数值模拟[J]. 时代农机, 2018, 45(5): 219-223.
[15] 贾星鹏, 龚红英, 尤晋, 等. 基于DYNAFORM的电机盖板冲压成形数值模拟试验研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2021, 35(2): 99-106.
[16] 李奇涵, 刘海静, 李笑梅, 等. 基于Dynaform的汽车顶盖冲压成形回弹模拟及回弹补偿[J]. 锻压技术, 2015, 40(10): 16-19, 23.
[17] 毛欣然, 刘淑梅, 罗阳, 等. 基于Dynaform的弯曲成型及回弹数值模拟[J]. 黑龙江科学, 2019, 10(10): 4-9.
[18] 肖锐, 向玉海, 钟旦明, 等. 考虑缠结效应的超弹性本构模型[J]. 力学学报, 2021, 53(4): 1028-1037.
[19] 张选利, 牛泓博. 天然橡胶材料的非等双轴拉伸实验研究[J]. 机械设计与制造工程, 2019, 48(6): 89-93.
[20] 周梦雨, 李凡珠, 杨海波, 等. 橡胶材料的非线性黏弹性本构方程[J]. 高分子材料科学与工程, 2020, 36(3): 79-84.
[21] 侯传伦, 戚援, 王慎, 等. 基于Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型的橡胶弹性车轮刚度特性分析[J]. 内燃机与配件, 2018(11): 38-40.
[22] 邵晓宙, 樊文欣, 王亚飞, 等. 金属橡胶Mooney-Rivlin修正模型试验[J]. 包装工程, 2021, 42(9): 135-140.
[23] 夏修身, 张颖周. 金属橡胶支座压缩性能试验研究[J]. 应用基础与工程科学学报, 2021, 29(4): 952-960.
[24] 肖全山, 赵应龙, 金著. 一种橡胶材料超弹本构等效试验方法[J]. 船海工程, 2018, 47(4): 120-124.
[25] 张良, 李忠华, 马新强. 橡胶Mooney-Rivlin超弹性本构模型的参数特性研究[J]. 噪声与振动控制, 2018, 38(S2): 427-430.

复合材料成型模具补偿及构件自适应调整方法研究

Research on composite material forming mould compensation and component adaptive adjustment method

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	杨思鑫, 曹忠亮, 顾付伟. 双三角点阵夹芯结构低速冲击下的动态响应与失效机制[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 25-34.
[2]	王宇轩, 曹东风, 胡海晓, 李书欣. 计及层内和层间的L形层合板失效的数值研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 43-53.
[3]	伍强, 赵凯, 刘鹏飞, 张涛涛, 朱德勇. Z形纤维增强复合材料层压板固化变形分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 84-90.
[4]	赵艺, 赵刚, 范欣愉, 闫忠伟, 葛亚琼, 徐剑. 基于渐进损伤模型的热固性复合材料电阻焊接头强度的尺寸效应研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(2): 45-51.
[5]	张弘强, 陈栋, 李成. CFRP层合板双面挖补补片设计及性能分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(2): 52-58.
[6]	贺利乐, 李书宝, 郑建校, 邵献忠. 考虑剪切非线性的复合材料层合板渐进损伤数值模拟[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(1): 45-53.
[7]	张亚楠, 陈栋, 时建纬, 铁瑛, 李成. CFRP层合板单搭胶接接头胶板界面剥离强度仿真分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(1): 74-82.
[8]	王平安. 基于嵌入式约束的机织复合材料细观建模与分析[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(9): 92-97.
[9]	余章杰, 张琪, 蔡登安, 戴征征, 周光明. 碳纤维/环氧树脂复合材料-金属连接结构面外拉伸失效机制[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(7): 5-12.
[10]	孔祥清, 张文萍, 张惠玲, 章文姣, 李若男, 付莹. 冲击荷载作用下仿生蜂窝夹层梁动态响应数值模拟研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(7): 19-25.
[11]	黄立新, 张院秀, 黄君. 界面范德华作用对石墨烯/聚乙烯复合材料弹性性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(7): 26-34.
[12]	王琪, 谢煜斐, 袁连忠, 高进可, 陆嘉君. 连续玻纤增强热塑性复合管内压下力学性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(7): 79-85.
[13]	陈淑仙, 闫登杰, 丁镇源. 加热工艺对树脂基复合材料挖补修理固化过程的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(6): 44-51.
[14]	张学文, 王继辉, 陈宏达, 倪爱清. 单向增强热塑性复合材料热冲压成型仿真与优化[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(6): 104-114.
[15]	裴勇勇, 虞筱琛, 徐海兵, 吕东喜, 祝颖丹. Kagome点阵夹芯结构平压性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(5): 5-11.