浅析先进复合材料热压罐成型固化仿真技术研究进展
热压罐成型复合材料固化变形机理及控制研究

热压罐成型复合材料固化变形机理及控制研究程文礼,邱启艳,陈 静(中航工业北京航空制造工程研究所,北京100024)摘要 复合材料零件固化变形是多种因素综合作用的结果,如何优化结构及制造工艺以降低固化变形是许多科研工作者长期研究的课题。
根据过程诱导应力和变形产生机理可将影响固化变形的因素分为热应力、固化收缩应力、温度梯度与树脂固化度、压力分布和树脂流动、模具与零件的相互作用等。
分别介绍了这几种因素导致固化变形的机理,同时阐述了目前固化变形控制的研究进展。
关键词 复合材料 热压罐成型 固化变形 机理 回弹 模具Study on the Cure-induced Deformation Mechanism and Control ofComposite Structures in Autoclave ProcessCHENG Wenli,QIU Qiyan,CHEN Jing(AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute,Beijing 100024)Abstract Cure-induced deformation is caused by integrated effect of multiple factors for composite component,and how to optimize the structure and processing to reduce the deformation is the subject for many scientists to studyfor years.Based on the process-induced stress and deformation of the factors generating mechanism,the curing de-formation can be divided into thermal stress,curing shrinkage stress,temperature gradient and degree of cure,pre-ssure distribution and resin flow,tool-part interaction.The cure-induced deformation mechanism of these types of fac-tors is introduced and research progress of deformation control is described.Key words composites,autoclave process,cure-induced deformation,mechanism,spring-in,mold 程文礼:男,1982年生,硕士,工程师,从事树脂基复合材料研发和制造工作 E-mail:huangshan_bipt@163.com 复合材料结构在经历高温固化成型及冷却过程后,由于材料的热胀冷缩效应、基体树脂的化学收缩效应以及复合材料与成型所用模具材料在热膨胀系数上的显著差异,导致结构在固化过程中存在残余应力,脱模后在室温下的自由形状与预期的理想形状之间会产生一定程度的不一致,通常将这种不一致状态称为构件的固化变形[1]。
热压罐工艺仿真技术

热压罐工艺仿真技术随着FEM和CFD仿真手段的发展,利用仿真手段替代部分试模,预报试模的结果已成为可能。
通过仿真手段可以模拟热压罐工艺过程中罐内的流场情况、温度场分布、预浸料的固化过程,以及最终工件的变形和残余应力等。
而在进行了大量的虚拟仿真试验之后,则可利用神经网络建立热压罐工艺的知识库和专家系统,从而指导工装工件摆放、工装设计以及诸多工艺参数的优化,从根本上改变热压罐工艺方案的设计方式。
热压罐工艺开始于20世纪40年代,在60年代开始广泛使用,是针对第二代复合材料的生产而研制开发的工艺,尤其在生产蒙皮类零件的时候发挥了巨大的作用,现已作为一种成熟的工艺被广泛使用。
由热压罐工艺生产的复合材料占整个复合材料产量的50%以上,在航空航天领域比重高达80%以上。
热压罐工艺已经在各个复合材料零部件生产厂被大量使用。
随着国防技术的高速发展,工业领域对复合材料的发展提出了更大、更厚、更复杂的要求,这使新产品的翘曲变形、残余应力水平以及分层开裂等问题浮出水面。
目前解决热压罐工艺诸多问题的方法还是采用试模的方式。
由于复合材料本身高昂的价格、较长的工艺时间以及热压罐工艺本身的复杂性,试模方法注定要耗费大量时间和成本,且难以归纳经验。
随着FEM和CFD仿真手段的发展,利用仿真手段替代部分试模,预报试模的结果已成为可能。
通过仿真手段可以模拟热压罐工艺过程中罐内的流场情况、温度场分布、预浸料的固化过程,以及最终工件的变形和残余应力等。
而在进行了大量的虚拟仿真试验之后,则可利用神经网络建立热压罐工艺的知识库和专家系统,从而指导工装工件摆放、工装设计以及诸多工艺参数的优化,从根本上改变热压罐工艺方案的设计方式。
热压罐工艺仿真方案复合材料的热压罐成型工艺过程是一个涉及对流换热、结构热变形和固化相变反应的复杂物理化学过程。
完整的热压罐工艺分析方案应考虑的因素应包括:·罐内的流场与流固间对流换热;·预浸料铺覆过程中的纤维剪切作用;·真空袋、吸胶纸等对传热过程的影响;·预浸料的固化反应与放热;·压实过程中树脂在纤维床中的流动;·模具的传热与热变形;·预浸料玻璃态转变前后材料性能变化;·模具与预浸料的相互作用与脱开过程。
7复合材料热压罐成型技术解析

复合材料热压罐成型技术
主讲:梅启林 单位:材料学院
School of Materials Science and Engineering
一、前言
? 热压罐:
航空复合材料制品的主要生产设备,具有整体加热系统的大型压力容器。
? 优点:
(1)大范围内适应各种材料对加工条件的要求 高温环氧175oC,600KPa 聚酰亚胺300~400oC, 1MPa
? 主要工艺过程 (1)均匀稳定树脂膜的制备----关键 (2)树脂熔融浸渍纤维 (3)预浸料冷却 (4)预浸料收卷
School of Materials Science and Engineering
预浸料的性能
? 外观 ? 物理性能
(1)单位面积纤维的质量( GB7192-8)7 (2)树脂含量( GB7192-8)7 (3)挥发分含量( GB6056-8)5 ( 4)粘性(表征预浸料铺覆性和层间粘合性的指标) ( 5)流动度(一定条件下,预浸料树脂可流出的数量占预浸料质量的百分比,
设计力学、理化性能
School of Materials Science and Engineering
预浸料的制备
? 溶液浸渍法(辊筒缠绕法、连续排铺法)
( 1)辊筒缠绕法
特点:
间歇性、设备简单、生产效率低、批量小
实验室或小批量生产
工作原理:
一系列变速机构 ---- 调节辊筒转动、导丝辊丝杠横向移动速度比 ---- 纤维间距
工艺参数:
纤维状态(单丝根数、总纤度、捻度等 ---- 影响浸渍程度和含胶量)
胶液浓度(影响含胶量最严重的因素 ---- 调节胶液密度、温度来控制)
牵引速度
复合材料热压罐设备制备树脂基复合材料的性能研究

复合材料热压罐设备制备树脂基复合材料的性能研究复合材料是一种由两种或多种不同物质组成的材料,具有优异的机械性能、化学性能和热性能等特点,在诸多领域具有广泛的应用前景。
其中,树脂基复合材料作为一种常见的复合材料,具有较好的成型性能、强度、刚度和耐腐蚀性能,被广泛应用于航空航天、汽车、建筑和电子等领域。
本文将对复合材料热压罐设备制备树脂基复合材料的性能进行研究,包括强度、硬度、断裂韧性、耐热性等方面的试验分析,并进一步探讨树脂基复合材料在实际应用中的潜力和优势。
首先,研究表明,复合材料热压罐设备制备的树脂基复合材料在强度方面具有较好的性能。
通过改变热压罐设备中的温度、压力和压制时间等工艺参数,可以调控复合材料内部的纤维分布和树脂固化程度,从而改变其强度水平。
试验结果显示,适当的工艺参数可以使树脂基复合材料的强度达到或超过传统材料,满足实际应用的要求。
其次,复合材料热压罐设备制备的树脂基复合材料在硬度方面也具有显著的优势。
硬度是衡量材料抗压性能的重要指标,可以反映材料的刚性和耐磨性。
通过调控热压罐设备的工艺参数,可以使树脂基复合材料的硬度得到精确控制。
试验结果表明,增加压力和提高温度等参数可以显著提高硬度值,进一步提升材料的耐用性和使用寿命。
此外,复合材料热压罐设备制备的树脂基复合材料在断裂韧性方面也具有良好的表现。
断裂韧性是材料在受力过程中吸收能量的能力,直接决定了材料对抗外界冲击和振动的能力。
实验结果显示,树脂基复合材料具有较高的断裂韧性,表明该材料能够在受到外界冲击时保持较好的稳定性,从而减少事故和损坏的发生率。
最后,针对复合材料热压罐设备制备的树脂基复合材料耐热性能进行了研究。
耐热性是复合材料在高温环境下能否保持稳定性和性能的重要指标。
试验结果显示,树脂基复合材料在高温下具有较好的稳定性和耐热性,能够承受高温环境下的长时间使用。
这种优异的耐热性使得树脂基复合材料成为一种理想的材料选择,在高温环境下应用广泛。
国内复合材料仿真研究现状

国内复合材料仿真研究现状
随着国内复合材料在航空、汽车、船舶、建筑等领域的广泛应用,复合材料仿真技术也日益受到关注。
目前国内复合材料仿真研究主要集中在以下几个方面:
1. 复合材料力学性能仿真:包括力学性能、热学性能、电学性能等方面的仿真研究,目的是为了预测复合材料在实际工程应用中的力学性能及其变化规律。
2. 复合材料成型仿真:包括复合材料成型过程中的单向拉伸、层间剪切、变形、热变形等方面的仿真研究,目的是为了优化复合材料成型工艺,提高制造效率和产品质量。
3. 复合材料损伤仿真:包括复合材料在使用过程中受到的冲击、振动、磨损等环境因素对复合材料性能的影响仿真研究,目的是为了预测复合材料的损伤程度和寿命,提高产品的可靠性和安全性。
4. 复合材料结构仿真:包括复合材料结构的静态力学分析、动力学分析、疲劳分析等方面的仿真研究,目的是为了优化复合材料结构设计,提高其性能和寿命。
国内复合材料仿真研究目前还存在一些问题,如材料模型不够完善、仿真结果与实验结果存在差异等,需要进一步加强研究,提高仿真技术的精度和可靠性。
- 1 -。
复合材料热压罐设备制备聚合物基复合材料的性能研究

复合材料热压罐设备制备聚合物基复合材料的性能研究近年来,随着科技的不断进步和人们对材料性能要求的提高,复合材料热压罐设备制备聚合物基复合材料的性能研究成为了材料科学领域的热点之一。
本文将围绕该主题展开研究,探讨了复合材料热压罐设备制备聚合物基复合材料的工艺以及性能研究结果。
首先,复合材料热压罐设备是一种常用的制备聚合物基复合材料的技术手段。
通过将树脂基体与增强材料共同放入热压罐中进行热压,使得树脂基体与增强材料之间结合紧密,形成具有优异性能的复合材料。
复合材料热压罐设备制备工艺的关键是控制压力、温度和时间等参数,以调控复合材料内部结构和性能。
此外,填料选择和填充方式也对复合材料的性能具有重要影响。
合理的工艺参数和填料选择能够提高复合材料的力学性能、热学性能以及耐化学腐蚀性能等综合性能。
其次,本研究中聚焦在聚合物基复合材料的性能研究。
聚合物基复合材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀、耐磨损等诸多优点,因而在航空航天、汽车制造、电子器件等领域有着广泛的应用前景。
基于此,我们采用了多种表征方法对聚合物基复合材料的性能进行了深入研究。
我们首先对复合材料的力学性能进行了研究。
通过拉伸测试、弯曲测试和压缩测试等力学性能测试方法,我们得到了复合材料的强度、弹性模量以及断裂延伸率等力学性能参数。
结果显示,与传统材料相比,聚合物基复合材料具有更高的强度和刚度,且断裂延伸率较大,显示出优异的力学性能。
同时,我们还对复合材料的热学性能进行了测试和研究。
采用热重分析仪对复合材料进行了热稳定性和热导率测试。
结果表明,与传统材料相比,聚合物基复合材料具有较好的热稳定性,能够在高温环境下保持较好的力学性能。
此外,复合材料的热导率也较低,具有良好的隔热性能,在一些特殊场合有着广泛的应用前景。
另外,我们还对复合材料的耐化学腐蚀性能进行了研究。
通过浸泡试验和化学介质侵蚀试验等方法,我们考察了复合材料在各种腐蚀介质中的性能表现。
研究结果表明,聚合物基复合材料具有较好的耐化学腐蚀性能,能够在酸、碱、盐等多种环境下保持稳定的性能。
高性能复合材料热压罐工艺仿真分析

• n-order
Ẋ = k 1 − X n
• autocatalytic
Ẋ = k X m 1 − X n
• Kamal & Sourour
Ẋ = (k1 + k2 Xm) 1 − X n
• Lee, Chiu & Lin Ẋ = k1 1 − X n l + k2 X m 1 − X n2
极限工况
温度场、固化度、玻璃 化温度 脱模回弹
残余应力
层间和层内破坏与 裂纹扩展分析
Thank you!
Some properties are provided by material suppliers but not all as requested
Some parameters are already available on research communities
应用案例
背景: 外涵道机匣上的帽型加强筋 铺层: 铺层共14层,最外面2层玻璃布,厚度0.1mm;中间12
Thermal modeling: evolution of temperatures, degree of cure, Tg over time and space
Mold temp Temp in the part Glass transition temp. Degree of cure
Purely viscous
Elastic stress increment with corresponding stress relaxation (MaxwellWiechert model)
Temperature
Young modulus
线性材料属性
Gelation
热压罐成型复合材料固化变形机理及控制研究

热压罐成型复合材料固化变形机理及控制研究摘要:先进树脂基复合材料热压罐成形工艺模拟特色实验,以自主开发的热压罐工艺成形工艺数值模拟平台为基础,基于计算机模拟的热压罐工艺理论分析,掌握复合材料热压工艺过程复杂的物理化学变化及其对复合材料成形质量的影响,提升实验设计及分析能力,深入理解热压罐成形原理和工艺控制理论。
结果表明,通过实验的自主设计,可以有效掌握热压成形工艺数值模拟方法和工艺原理,为材料科学以及与试验相关的其它学科的研究提供一种研究思路和研究途径。
关键词:树脂基复合材料热压罐工艺实验1引言复合材料热压成型工艺模拟软件平台是在多个国家级重点基础项目支撑下,基于实验和数值理论方法,建立的复合材料热压成型过程数字化模拟与工艺评价平台,对于缩短复合材料研制周期、提高制件质量可靠性、改变传统的复合材料研制模式(试错法和经验法),具有重要的意义[7-8]。
基于软件平台,自主设计改变材料、工艺、结构因素,分析制件内温度、固化度、树脂压力、纤维体积分数等分布及变化规律,对于深入理解热压罐成形原理和工艺控制理论,提升实验设计及分析能力具有重要意义,同时为材料科学以及与试验相关的其它学科的研究提供一种研究思路和研究途径。
2 实验方案在树脂基体工艺特性分析基础上,设计三组工艺参数(T-t,P-t),基于复合材料热压成型过程数值模拟平台,针对等厚层板计算不同工艺条件下层板内纤维体积分数及其分布,根据制备层板的纤维体积分数判定工艺参数的合理性,理解工艺参数对于成型过程的重要性;工艺参数不变,改变铺层方式,考察层板内纤维体积分数及其分布,了解铺层方式对成型过程的影响;改变材料体系,了解不同材料体系工艺特性的区别。
3 实验案例3.1 复合材料热压罐成形热传导/树脂固化反应过程数值模拟(1)实验问题的详细描述。
以30层玻纤布/环氧层板为对象,层板尺寸为100×100 mm,初始厚度为3.86 mm,初始纤维体积分数59%,平面尺寸远大于厚度尺寸,仅考虑层板厚度方向温差。
复合材料热压罐成型工艺仿真技术研究综述

复合材料热压罐成型工艺仿真技术研究综述发布时间:2021-12-21T05:16:21.523Z 来源:《防护工程》2021年26期作者:刘箭[导读] 当前,高压罐成型技术是航空复合材料构件制造领域应用最广泛的成型方法之一,而工艺仿真是支撑大型复合材料构件生产的重要技术。
基于此,本文分析了复合材料热压罐成型工艺仿真技术。
刘箭惠阳航空螺旋桨有限责任公司河北保定 071000摘要:当前,高压罐成型技术是航空复合材料构件制造领域应用最广泛的成型方法之一,而工艺仿真是支撑大型复合材料构件生产的重要技术。
基于此,本文分析了复合材料热压罐成型工艺仿真技术。
关键词:复合材料;热压罐成型;工艺仿真随着复合材料成型工艺基础理论、复合材料构件成型实践经验、有限元模拟技术的发展,热压罐成型工艺仿真技术逐渐发展起来,包括复合材料工装结构设计、热效率分析、复合材料硬化变形预测、工装型面补偿等。
通过对热压罐过程的模拟,可优化工装支撑结构设计,满足实际情况下刚度和强度稳定性要求,提高工装结构热效率,并且优化了热压罐工艺参数,提高了复合材料构件质量,大幅降低了大型复合材料构件开发成本及风险。
一、热压罐成型工艺特点热压罐成型工艺是在热压罐真空中对复合材料坯料或交接结构进行密封,在罐体内均匀温度场对成型中零件施加温度压力,以达到所需形状和质量的一种成型工艺法。
成型过程特点是罐内压力均匀,真空带内零件在均匀压力下成型。
应用范围广,成型过程稳定,热压罐温度条件几乎可满足聚合物基复合材料成型工艺的所有要求。
热压罐成型工艺生产的层合板孔隙率低,力学性能稳定。
热压罐工艺存在一些缺陷,大型热压罐建设成本高,需专人操作,成型过程中能耗大,复杂的结构不适合高压罐成型工艺,可根据实际情况选择低成本的RTM成型工艺。
二、复合材料热压罐成型工装仿真工装是复合材料预制件固化中的载体,其结构形式与特征严重影响产品质量。
工装设包括材料选择、结构刚强度设计、温度均匀性分析等。
复合材料成型技术研究现状

复合材料成型技术研究现状发布时间:2022-10-30T02:32:59.514Z 来源:《科学与技术》2022年13期作者:刘强[导读] 复合材料是一种新型材料,通常由聚合物、无机非金属或金属材料组成。
刘强天津泰达西区热电有限公司天津 300451摘要:复合材料是一种新型材料,通常由聚合物、无机非金属或金属材料组成。
复合材料可以被定义为由具有不同化学或物理性质的两种或多种基团材料组成的新材料,并且在基团材料之间具有明显的界面。
优点:重量轻,设计和生产性能好,组合效果好,强度和系数大,疲劳寿命长,腐蚀性好。
目前,热固性聚合物基复合材料在国内外的应用比较广泛,其主要成分为热固性树脂基体与增强纤维。
预浸料是用控制量的树脂浸渍纤维或织物后形成的中间材料,并随着航空航天领域和汽车行业对复合材料的高性能要求,预浸料作为实现该要求的主要材料得到了更广泛的应用。
基于此,本篇文章对复合材料成型技术研究现状进行研究,以供参考。
关键词:复合材料;成型技术;研究现状引言复合材料产品的质量保证是成型方法、工艺设计和检验共同作用的结果,反映了复合材料制造技术的综合性。
成型过程中各工序的控制是保证生产合格产品的关键。
目前,复合材料制品技术发展迅速。
追求高效率、高质量、低成本的完成复合材料成型,确保复合材料产品的工艺稳定、性能稳定及可靠性要求是未来研究复合材料成型技术的重中之重。
1热压罐成型热压原理是通过高温压缩罐内气体、加热包装好的预浸料,使材料在压力下硬化。
目前,该技术在工业生产中占有主要地位,尤其是在航空领域,广泛应用于飞机的机身、方向舵、尾翼、升降舵、机翼蒙皮等结构部件。
近年来,复合材料构件成型过程中温度场/热场的变化、高压密封、传热机理等影响因素已成为该工艺的主要研究方向。
2复合材料自动铺丝技术(1)自动丝织品设备的结构设计。
针对纱线自动运动的高速惯性驱动要求,外部自动纱线的机械结构有针对性地以高达60米/分钟的速度设计。
数值模拟仿真技术在复合材料热压罐工艺制备过程中的应用

数值模拟仿真技术在复合材料热压罐工艺制备过程中的应用摘要:随着国内航空领域对复合材料产量需求的不断增加,高效,低成本且质量可控的复合材料制备工艺也愈发重要。
由于制备工艺过程复杂,影响因素多,所以长期以来研发与改进均以经验和试验为主,导致研发过程高周期,高成本,难以满足其快速发展的需求。
当前,数值模拟仿真技术蓬勃发展,利用数值模拟方法能够有效地指导工艺和工装的设计优化,为复合材料研发模式从传统的积木式验证向数字化制造模式转变提供有力的技术支撑。
本文结合国内外研究发展现状,介绍了数值模拟仿真技术在复合材料热压罐制备工艺领域的应用。
关键词:热压罐;数值模拟;固化变形;温度场1 前言同金属材料相比,碳纤维增强树脂基复合材料(本文后续提到的复合材料就是碳纤维增强树脂基复合材料)具有比强度高、比模量大、耐高温、抗腐蚀、可设计性强以及隐身性好等系列优点。
20 世纪 70 年代初即开始应用在飞机结构上,目前在航空领域得到广泛应用,继铝、钢、钛之后,迅速发展成航空 4 大结构材料之一[1],需求量逐年增加。
复合材料成型具有材料制造与构件成型同时完成的特点,其性能通过工艺制造过程被赋予到构件上,因此复合材料构件的成型过程就突显出其重要性,所以对复合材料构件的制造过程进行深入的机理性研究,并对影响成型质量的各种因素进行有效合理控制是提高我国复合材料制造水平的关键点之一。
长期以来,复合材料制备工艺的研发与改进主要依靠经验和试验,但是使用经验或者试验试错法进行研发,不仅成本高昂,效率低下,而且难以针对特定构件结构进行参数化优化,严重制约了复合材料的发展[2]。
随着计算机技术的飞速发展,制造过程的数值模拟仿真技术也蓬勃发展起来。
数值模拟仿真技术能够对复合材料工艺过程进行模拟,并对最终零件外形质量进行预测和分析,这种工艺研发手段能够减少试验次数,降低研发成本约33%[3]、缩短研发周期,数值模拟技术的应用还能够大幅降低材料和能源消耗,实现复合材料的快速绿色制造。
复合材料成型模具研究进展

复合材料成型模具研究进展复合材料因其轻质、高强度、耐腐蚀等优点而在航空、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。
成型模具是复合材料制造的关键设备之一,其设计水平和制造质量直接影响到复合材料的制备效率和产品性能。
因此,对复合材料成型模具的研究具有重要意义。
本文将围绕复合材料成型模具的研究进展进行综述,主要涉及发展历程、研究现状、研究方法和发展趋势等方面。
早期复合材料成型模具通常是在金属或木板上进行手糊成型,随后逐步发展出了真空袋压成型、热压罐成型、树脂转移模塑(RTM)等多种成型技术。
随着计算机技术的进步,数字化模具设计逐渐成为主流,通过三维建模和仿真技术,实现了模具设计和生产的自动化与智能化。
目前,复合材料成型模具的研究主要集中在成型工艺、模具设计、生产流程等方面。
在成型工艺方面,研究人员针对不同种类的复合材料,开发了多种成型工艺,如手糊成型、真空袋压成型、热压罐成型、RTM、LFT等。
在模具设计方面,数字化模具设计技术已经得到了广泛应用,通过CAD、CAM等技术,实现了模具的高效设计与制造。
在生产流程方面,研究人员通过对生产流程的优化,提高了生产效率和降低了生产成本。
复合材料成型模具的研究方法包括传统的研究手段、现代的数值模拟方法、实验模态分析等。
传统的研究手段主要是通过试验和经验总结来指导模具设计和生产。
现代的数值模拟方法如有限元分析(FEA)和有限差分分析(FDA)等,可以帮助研究人员对模具设计和生产过程中可能出现的问题进行预测和优化。
实验模态分析则可以帮助研究人员了解模具的动态特性,为模具的优化设计提供依据。
随着科技的不断发展,复合材料成型模具的发展趋势主要体现在数字化、智能化、高效化等方面。
数字化技术使得模具的设计和制造过程更加精确、快速和高效。
智能化技术如人工智能和机器学习等的应用,使得模具的设计和制造过程更加智能和自动化。
高效化则要求在保证产品质量的前提下,尽可能提高生产效率和降低生产成本。
复合材料模压成型设备中热压技术新技术研究与优化

复合材料模压成型设备中热压技术新技术研究与优化随着科技的进步和产业的发展,复合材料在众多领域中得到广泛应用。
而复合材料的制备过程中,热压技术是一种重要的成型方法。
热压技术能够通过温度和压力的控制,使得复合材料在高温下形成固态。
然而,随着材料的多样化和应用领域的不断拓展,热压技术也需要不断研究和优化。
1. 热压技术的现状分析目前,热压技术在复合材料制备中已经得到广泛应用。
其中,传统的热压技术主要包括一次热压和多次热压两种方式。
一次热压是指在一定的温度和压力下,将预浸料或干纱布和树脂粘合剂加热压制的方法。
多次热压则是在多个不同温度和压力下进行多次热压制作。
这些传统的热压技术已经能够满足一定程度上的材料制备需求,但在某些特殊领域和对材料性能要求更高的情况下,这些技术仍然存在一些局限性。
2. 新技术的研究与发展为了克服传统热压技术的局限性,研究人员提出了一系列新的热压技术。
其中,最为重要和具有潜力的包括增压热压、电场辅助热压和超声波辅助热压等技术。
2.1 增压热压增压热压技术是将传统的热压技术与增压技术相结合的一种新型技术。
通过增加热压过程中的压力,可以提高热压过程中的温度和压力,并促进复合材料中的树脂流动和纤维重排,从而改善材料的密实性和性能。
2.2 电场辅助热压电场辅助热压技术是利用电场作用对复合材料进行热压的一种新技术。
通过在热压过程中施加电场,可以在复合材料中引入电热效应,从而加快材料的热传导和树脂的流动,提高材料的成型效率和性能。
2.3 超声波辅助热压超声波辅助热压技术是利用超声波振动对复合材料进行热压的一种新技术。
通过超声波的作用,可以改变材料中的温度分布和应力分布,促进树脂的流动和纤维的重排,从而提高材料的成型质量和性能。
3. 优化热压技术的方法与措施除了研究新技术外,还可以通过优化传统热压技术的参数和工艺流程来提高热压技术的质量和效率。
首先,可以通过调整热压过程中的温度和压力参数,来控制材料的成型时间和成型温度。
基于COMPRO模型的复合材料热压罐成型工艺仿真

C0MPRO s i mu l a t i o n .
Ke y wor ds Co mp o s i t e, Au t o c l a v e, Cur i n g s i mul a t i o n, COMPRO
0 引 言
存 在 问题 , 废 品率 使 得 材 料 成 本 和 工 序 成 本 居 高 不 下 。 因此 , 提高 工艺 的效 率 和准确 性 , 实现低 成本 、 高 质 量 的复材 制造 是 当前 国 内外 复 合 材 料 制造 业 共 同
方案, 虚 拟 热压罐 工艺仿 真 可以有 助 于对 固化 过 程进 行 预 测 , 提 高工 艺设 计 效 率 , 降低 生产 成 本 。本 文介 绍 了
热压罐 工 艺仿 真 软件 C O MP R O 以及 典 型 的 固化过 程 分析 模 型 ( 热化 学模 型 、 流 动压 实模 型 和应 力 变形模 型 ) 。
基于compro模型的复合材料热压罐成型工艺仿真陈飞王健1中国运载火箭技术研究院研究发展中心北京1000762达索系统北京100025文摘有效利用热压罐技术来实现复合材料成型的关键在于选择合适的工艺参数和制定合理的工艺方案虚拟热压罐工艺仿真可以有助于对固化过程进行预测提高工艺设计效率降低生产成本
基于 C O M P R O模 型 的复 合 材 料 热 压 罐 成 型工 艺仿 真
复合材料热压罐固化工艺仿真分析

朱 大雷 易茂斌 廖敦 明
1 0 0 0 9 4 ) 4 3 0 0 7 4 )
( 1 北京卫 星制造厂 , 北京
( 2 华 中科 技大学材料学 院 , 武汉
文 摘 针 对复合 材 料 的 固化 过程 , 建 立 了其 热传 递和 固化 动 力 学双 向耦 合模 型 。根 据 现 有 的 固化 工 艺 规范, 对 圆筒形 制件进 行 了分析 , 并 给 出了 内外 面板 处 的温度及 固化度 变化 规律 。从 计 算结 果看 出由于模 具的
mo u l d’ S t h e r ma l c o n d u c t i v e a b i l i t y i s l o w,t h e t e mp e r a t u r e a t t he f a c e s he e t n e x t t o t h e mo u l d a s c e n d s s l o we r t h a n t h e f a c e s h e e t a t t h e o t h e r s i de .Ho we v e r t h e t e mp e r a t u r e di s t r i b u t i o n i s mo r e u ni or f m. Ke y wo r ds Au t o c l a v e, Co mpo s i t e ma t e ia r l , Cu r e, S i mu l a t i o n
0 引言
复合 材料 在热 压成 型过 程 中 , 随着 热压 罐 内部温 度 的升高 , 热量 会 由复合 材 料 的外 部 向内部 传 递 , 同
时树脂 也会 逐 渐发 生 固化反 应 。在此 过程 中 , 树 脂温
复合材料热压罐设备在医疗领域中的应用研究

复合材料热压罐设备在医疗领域中的应用研究摘要:复合材料热压罐设备作为一种新型的材料研发和加工工具,其在医疗领域中得到了广泛的应用。
本文通过对复合材料热压罐设备在医疗领域中的应用进行全面研究和分析,并结合实际案例,探讨了其在医疗器械、医用设备以及新型医疗材料研发等方面的应用优势和前景。
关键词:复合材料热压罐设备;医疗领域;应用研究1. 引言复合材料热压罐设备是一种将树脂基复合材料加热加压后固化成型的工具,具有成本低、生产效率高、可塑性好、材料性能优越等特点。
在医疗领域中,由于其材料可塑性高、成型精度好,因此被广泛应用于医疗器械、医用设备以及新型医疗材料的研发中。
2. 复合材料热压罐设备在医疗器械中的应用复合材料热压罐设备在医疗器械领域中的应用主要体现在两个方面:一是生产医疗器械的模具制造,二是直接生产医疗器械。
在模具制造方面,复合材料热压罐设备可以通过模具加热和压力调节,使得医疗器械的形状和尺寸达到精确的要求。
在直接生产医疗器械方面,复合材料热压罐设备可以通过控制加热时间和温度,使得材料达到最佳的热塑性状态,从而实现医疗器械的生产、加工和成型。
3. 复合材料热压罐设备在医用设备中的应用医用设备是医疗行业中重要的组成部分,复合材料热压罐设备在医用设备的制造中具有广泛的应用前景。
一方面,复合材料热压罐设备可以用于医用设备的外观件和结构件的生产,提高产品的外观效果和强度。
另一方面,复合材料热压罐设备可以制造出具有特殊功能的医用设备材料,例如耐高温、耐腐蚀、具有特殊导电性或绝缘性能等材料,为医用设备的性能提升和创新提供了可能。
4. 复合材料热压罐设备在新型医疗材料研发中的应用新型医疗材料研发是医疗领域的重要课题,复合材料热压罐设备在新型医疗材料的研发和制备中发挥着关键作用。
通过调节复合材料热压罐设备的温度、压力和时间等参数,可以实现医疗材料的精确控制,从而使得材料具有更好的耐磨性、生物相容性和生物降解性等特性。
复合材料热压罐成型工艺虚拟仿真实验设计

复合材料热压罐成型工艺虚拟仿真实验设计
杨金水;尹昌平;陈丁丁;邢素丽;鞠苏
【期刊名称】《教育教学论坛》
【年(卷),期】2022()10
【摘要】为了解决复合材料热压罐成型工艺实验高危、低效、高成本的难题,提高实验的交互性、实用性和覆盖面,利用Unity 3D、3D Studio Max和Maya等软件设计开发了复合材料热压罐成型工艺虚拟仿真实验,并依托于开放式虚拟仿真实验教学管理平台开放运行,将高危低效的热压罐成型实物实验教学转换为无危高效的虚拟仿真实验教学。
设计相关学科知识点的交互性操作,通过交互性操作,增加学生的参与感和掌握相关的知识点,同时实现学生实验操作的全覆盖和实验结果的实时在线评价反馈,提高实验教学效率和质量。
【总页数】5页(P132-136)
【作者】杨金水;尹昌平;陈丁丁;邢素丽;鞠苏
【作者单位】国防科技大学空天科学学院
【正文语种】中文
【中图分类】G642.423
【相关文献】
1.先进复合材料热压罐成型固化仿真技研究进展
2.基于COMPRO模型的复合材料热压罐成型工艺仿真
3.热压罐工艺复合材料双侧硬模成型传压机制及工艺质量影
响因素4.热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策5.复合材料热压罐成型工艺仿真技术研究综述
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浅析先进复合材料热压罐成型固化仿真技术研究进展本文从网络收集而来,上传到平台为了帮到更多的人,如果您需要使用本文档,请点击下载按钮下载本文档(有偿下载),另外祝您生活愉快,工作顺利,万事如意!先进树脂基复合材料因具有高比强度、高比模量、可设计性强、耐腐蚀、抗疲劳、易于整体成型等优异的综合性能,广泛应用于航空、航天等领域。
热压罐工艺是航空航天飞行器用复合材料的重要制备方法之一。
复合材料热压罐成型工艺中热压罐内高温高压气体作用下复合材料和复合材料构件同时成型,工艺过程中复合材料涉及热和压力在多相材料体系即工装、模具、辅助材料、纤维与树脂复合体系等之间复杂的相互作用,当材料类型及复合材料构件形式等改变后,工装、模具、工艺参数等往往需要重新设计优化。
传统的“试错法”研发模式从试样到缩比件到试验件需要经过反复多次试验,研究费用高,复合材料制造质量的可控性差,制件合格率低,制约复合材料研制效率和应用。
美国政府和波音公司在2001~2004年共同实施快速插入复合材料(AIM-C)计划,在充分的应用基础研究前提下,建立新材料或已有材料新应用的设计知识库,采用数值模拟技术改进传统“积木式”验证分析方法,提高验证分析效率,支撑新型树脂基复合材料在飞行器结构上的快速、可靠应用,缩短复合材料应用时间40%~50%,降低成本33%。
中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司开展了数字化技术在复合材料构件研制中的应用研究,旨在建立复合材料构件从设计、制造、检测等过程的数字化设计、制造一体化体系,实现复合材料研制过程的仿真和数字量传递,提高研制效率。
高效质量可控的树脂基复合材料构件制备的关键在于工艺、工装及模具等方案的优化,在工艺过程物理化学作用机制基础上,建立数值模拟方法,深入分析各种因素对复合材料成型质量影响规律,揭示缺陷形成机制,基于数值模拟技术的复合材料构件虚拟制造可为工装、工艺设计与优化提供依据,为先进复合材料研制模式从传统的试错或积木式验证向数字化制造模式转变提供了有力的技术支撑。
复合材料热压罐成型固化仿真技术热压罐成型工艺原理,根据热、压力传递特点,可以归纳为热压罐内压缩气体与固体材料之间的交互作用和纤维与树脂复合体系内的物理化学作用,而纤维与树脂复合体系内部物理化学作用可分为热传导/固化反应行为和树脂流动/纤维密实行为。
热压工艺树脂流动/纤维密实过程是树脂流动与纤维多孔介质骨架结构变形的耦合作用,区别于不可压缩多孔介质内渗透流动,一方面树脂流动性受温度和树脂固化反应的影响;另一方面树脂流动与纤维密实影响孔隙、富树脂等缺陷的形成。
热化学过程决定着树脂黏度、树脂固化反应程度,影响着树脂流动以及残余应力和固化变形等。
而工装模具、辅助材料直接影响热压罐压缩气体作用在纤维与树脂复合体系的热和力。
国内外学者针对复合材料热压罐成型固化过程物理化学作用开展了大量研究,旨在建立有效的数值模拟方法,指导新材料、新结构的工艺、工装设计与优化。
1热压罐气体与固体材料之间交互作用仿真在复合材料热压罐成型工艺过程中,大型框架式模具的温度分布受到罐内气体热交换、模具本身结构、复合材料固化放热和工艺辅料传热特性等多种因素的影响,工装模具温度均匀性直接影响复合材料构件温度均匀性和固化变形等成型质量,工装模具温度场的预测对于指导大型框架式模具设计具有重要意义,因此,热压罐内模具温度场仿真也已受到学者的广泛关注。
目前,大多采用流体计算软件如Fluent、CFX、ACE等,针对热压罐内气体、工装、复合材料构件等材料内部温度分布规律开展数值模拟分析。
热压罐有效尺寸均为工业用大型热压罐,如φ×7m、φ×13m、φ×15m,工装以典型的框架式结构为主,复合材料制件形状包括曲面蒙皮、变厚度蒙皮加筋结构。
主要原理是基于计算流体力学中连续、运动、能量方程,建立热压罐内强迫对流换热的温度场三维非定常数值模拟方法,模拟热压罐内模具的温度分布,并可以对固化工艺参数、模具结构参数和模具摆放位置等因素进行研究,优化热压罐以及构件内部温度分布情况。
根据仿真分析对象不同,可归纳为如下几种情况:(1)在无工装情况下热压罐内气体温度分布仿真。
高玉峰等针对热压罐空载温度场进行分析,结果表明测量点的仿真计算温度在实际测量值-~+℃的正负偏差之间,仿真数据同现场实测数据非常接近,验证了仿真方法用于判断热压罐设计是否满足要求的有效性,同时,表明在空载情况下热压罐内温度分布较均匀。
(2)在仅含工装情况下热压罐内工装温度分布仿真。
张旭生等基于Fluent软件,针对一字型、十字形、T型3种不同风道结构对框架式模具温度分布进行模拟,指出T型风道对改善温度场均匀性效果最优,模具型面温差为℃。
林家冠等利用Fluent软件提供的内部风扇边界条件,模拟框架式模具风道处风扇对模具温度分布的影响,结果表明框架式模具通风口处安装风扇可改善热压罐内流场的均匀性。
(3)含有模具和复合材料构件的热压罐内温度分布仿真。
而根据仿真模型中复合材料构件材料参数和树脂固化反应的假设不同又分为如下两类:·在仿真模型中不考虑树脂固化反应产生的内热源的影响,并将复合材料的热物理参数设定为常数。
李彩林基于PAM-AUTOCLA VE软件平台,以平板工具和蒙皮模具为例,分析零件内部温度和固化度分布规律。
以大致尺寸为××的3种复合材料成型工装为例分析模具温度场,同时,分析了几何模型中风扇端外延伸长度、网格、求解器对计算结果和计算效率的影响。
傅承阳在CATIA中进行建模,分析了工装表面的温度分布以及计算和实验数据的偏差。
贾云超等基于Fluent软件建立模拟方法分析升温速率、风速、工装材料类型对飞机机翼梁结构最大温差的影响。
2纤维与树脂复合体系传热与固化反应行为纤维与树脂复合体系固化成型过程中,材料温度和树脂固化反应直接影响材料内部应力、孔隙缺陷等发展并最终影响复合材料构件成型质量,而其内部温度主要取决于树脂固化反应放热、外部热源以及多相材料之间热量交换,树脂固化反应放热与热传导模型通过固化动力学模型建立联系。
以Loos和Springer 提出的修正Fourier热传导模型为基础,国内外学者已开展了大量研究工作,其中假设纤维与树脂复合材料体系为多孔介质,基于均匀化理论,采用傅里叶热传导模型和树脂固化反应动力学模型。
3纤维与树脂复合体系传质与传压行为复合材料热压成型过程中,在压力作用下纤维与树脂复合体系内树脂发生流动并引起纤维堆积状态的变化即树脂流动/纤维密实,树脂的流动以及树脂承载压力大小直接影响孔隙的形成、生长和迁移,纤维体积分数,富树脂区形成以及构件的最终尺寸等,是决定复合材料成型质量的关键。
树脂流动/纤维密实模型用于描述复合体系内树脂渗流的流动状态和历程以及纤维堆积和排列状态的变化。
根据理论假设的不同,发展和应用比较成熟的树脂流动/纤维密实模型主要包括Springer波浪式密实模型和Gutowski渐进式密实模型。
波浪式密实模型假设垂直纤维轴向符合达西渗流定律,平面内只考虑平行纤维方向的树脂流动并视为管流运动,同时模型没有考虑纤维和树脂所承担载荷的不同,与实际情况不完全相符。
Gutowski等将有效应力原理和Boit固结理论用于复合材料热压成型预浸料叠层的固结过程,其中纤维和树脂共同承担外界载荷,将未密实的复合材料视为浸满粘性流体的非线性弹性多孔介质,并认为连续纤维复合材料的密实中包括两个重要过程:(1)多孔介质中树脂的流动;(2)多孔介质的变形。
在初始阶段纤维多孔介质骨架尚未发生形变,所施载荷完全由树脂承担,随着树脂的流出,多孔介质被压缩,纤维逐渐靠近直到受压迫变形而产生弹力,此时纤维承担部分载荷,同时树脂承载压力减小。
随着多孔介质被继续压缩,纤维承担负荷的比例越来越大,树脂承载压力越来越小直至为零,即渐进式密实模式。
针对复合体系厚度方向的流动,Gutowski和Davé采用试验方法对树脂流出质量和层板厚度进行验证并吻合较好。
为了揭示树脂基复合材料热压成型过程外加载荷与树脂流动驱动力之间的相互关系,国内学者对铺层内纤维承载及压力分配机制开展了在线监测的试验研究。
在测量纤维承力方面,主要采用光纤微弯原理测试增强纤维构成的网络所承担的压力变化,如扎姆阿茹娜、王科等;在树脂承压方面,Smith[28]在纤维层中铺放片状压力传感器对树脂压力进行定性研究,Lynch 等利用液体不压缩特性的传递压力作用,研制了一种测量准静态树脂压力的传感器,并对AS4/3501-6等厚层板厚度方向不同位置的树脂压力进行了多点测量。
顾轶卓等根据液体传递压强的特性建立一种适用于复合材料热压成型工艺的树脂压力测试系统,可进行多点的实时检测,并以等厚层板为例,采用树脂压力和纤维承压在线测试方法,验证了热压成型过程渐进式密实模式的适用性。
结束语在复合材料热压罐成型工艺中热和压力在多相材料体系间复杂的相互作用,使得复合材料构件成型质量控制难度大,制造成本高。
在工艺过程物理化学作用机理研究基础上,建立数值模拟方法可有效指导工艺、工装的设计与优化。
已有的研究工作往往针对复合材料构件的典型结构单元进行传热、传压数值模拟分析,发展大型复合材料构件的热压罐成型固化全过程、多物理场、多材料体系的高效计算方法,实现从工程应用的CATIA数模向数值模拟用几何模型、材料属性等的传递以及多物理场之间网格数据和场参数的传递与集成,建立基于数据库、知识库的工艺、工装方案快速评价方法,是实现新材料或新复合材料构件高质量快速研制的关键,也是复合材料热压罐成型固化仿真技术的研究方向。
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