一种抑制L型复材零件回弹变形的模具型面补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制L型复材零件回弹变形的模具型面补偿方法，具体包括以下步骤：1)确定零件所用材料的基础参数；2)根据材料固化特性及固化工艺参数确定从材料玻璃态温度降至室内温度的温度差；3)进行回弹变形的有限元仿真预测；4)计算回弹变形量；5)计算L型零件从理论型面变形至工装补偿型面所需的温度差；6)调整化学收缩率参数；7)完成L型零件从理论型面变形至工装补偿型面的有限元仿真；8)导出贴膜面节点信息，建立工装补偿型面。本发明专利技术能够减少工装型面补偿的迭代次数，实现工装补偿型面的快速建模，对提高带曲率零件的制造效率有重要的工程意义。重要的工程意义。重要的工程意义。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制L型复材零件回弹变形的模具型面补偿方法


[0001]本申请涉及复合材料制造及固化变形控制领域，具体涉及一种抑制L型复材零件回弹变形的模具型面补偿方法。
技术背景
[0002]由于面内与面外属性的差异，复合材料在固化过程中会沿面内和面外两个方向产生不同程度的应变，进而导致带夹角复合材料零件在成型后产生“回弹”现象，即固化后零件的夹角小于其名义夹角。工程制造中，通常采用模具型面补偿法抑制复材的回弹变形。模具型面的确定主要采用试错法和计算机仿真迭代两种方法。试错法是指通过反复迭代工装型面，经过多次试制，最终能得到满足要求的零件；计算机仿真迭代则是通过有限元软件对复合材料零件的回弹变形进行模拟仿真，根据仿真结果确定工装补偿型面，并基于所得型面数据进行仿真及迭代，从而得到最佳的工装型面。
[0003]通过试错法或仿真迭代法确定工装补偿型面的方法存在以下缺点：
[0004]1、复合材料回弹变形的补偿是一种非线性问题，例如对于回弹量为2
°
的L型零件(夹角90
°
)，通过工装型面补偿2
°
的方法并不会制得夹角为90
°
的零件。故通常需要经过多次试制或仿真迭代才能确定最终型面，造成人力、物力、财力的浪费。
[0005]2、复合材料固化变形的模拟仿真往往需要树脂的固化动力学方程、凝胶点、玻璃化转变温度、复合材料弹性模量时变模型等诸多参数作为输入条件，同时该方法的计算过程较为繁琐，仿真计算耗时较长。多次迭代仿真可能影响复合材料零件的制造周期，无法满足零件快速研制的需求。
[0006]3、对于型面比较复杂的复合材料零件，采用几何方法修型法难以准确确定特征点的对应关系。
[0007]因此，建立一种工装补偿型面的快速建模方法，实现复合材料回弹变形的精准控制，对于复合材料零件的制造质量和效率具有非常重要的工程意义。

技术实现思路

[0008]针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，本申请提供一种抑制L型复材零件回弹变形的模具型面补偿方法，结合复合材料回弹变形的基础理论和有限元仿真技术，快速确定带曲率复合材料零件的工装补偿型面，实现对带曲率复合材料零件回弹变形的控制，提高零件制造质量和效率。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0010]一种抑制L型复材零件回弹变形的模具型面补偿方法，L型复合材料零件两直边的夹角为θ，θ的范围为60
°
～120
°
，对模具型面进行补偿消除回弹变形的方法具体包括以下步骤：
[0011]步骤1：通过实验测量或向供应商索取L型复合材料零件的基础性能参数，包括所用材料的工程弹性常数、热膨胀系数及化学收缩率；
[0012]步骤2：根据L型复合材料零件的固化工艺曲线，计算复合材料刚达到玻璃态时所处的温度与室内温度的温度差ΔT＝T
室温
‑
T
glass
，其中T
室温
为室内温度，T
glass
为材料在固化过程中达到玻璃态时的温度；
[0013]步骤3：对L型复合材料零件回弹变形进行有限元仿真，具体过程为：
[0014]1按照L型复合材料零件的理论设计外形在有限元软件中建立模型；
[0015]2将步骤1中得到的材料属性及铺层信息赋予所建模型；
[0016]3实例化后建立分析步；
[0017]4根据模具与复合材料的位置关系施加位移边界条件，根据步骤S2中所得的温度差ΔT施加温度场边界条件；
[0018]5将该模型划分为三维实体单元网格；
[0019]6提交仿真模型进行计算得到L型复合材料零件变形后模型。
[0020]步骤4：分析步骤3中的有限元仿真计算结果，获得该复合材料零件的回弹变形量Δθ；
[0021]步骤5：选取合适的迭代次数n，根据公式计算该L型复合材料零件从设计型面变形至工装补偿型面所需的温度差ΔT
′
，式中n为不小于2的正整数，α、β分别表示L型复合材料零件沿周向与径向的等效热膨胀系数、等效化学收缩率之差。
[0022]步骤6：将步骤1中所得的化学收缩率乘以
‑
1，其余参数保持不变。
[0023]步骤7：基于步骤5中所得的温度差ΔT
′
和步骤6中所得的材料参数，进行变形仿真，具体过程为：
[0024]1按照L型复合材料零件的理论设计外形在有限元软件中建立模型；
[0025]2将步骤6中得到的材料属性及铺层信息赋予所建模型；
[0026]3实例化后建立分析步；
[0027]4根据模具与复合材料的位置关系施加位移边界条件，根据步骤5中所得的温度差ΔT
′
施加温度场边界条件；
[0028]5将该模型划分为三维实体单元网格；
[0029]6提交仿真模型进行计算得到L型复合材料零件变形后模型。
[0030]步骤8：导出步骤7所得的变形后L型复合材料零件贴模面的网格节点坐标，建立模具的补偿型面。
[0031]进一步的，化学收缩率可通过试验测量或通过典型试验件的回弹变形结果反推得到。
[0032]进一步的，该补偿方法适用于预浸料热压罐成型工艺。
[0033]本专利技术的有益效果是：
[0034](1)本专利技术充分利用复合材料的回弹变形机理，通过计算复合材料面内和面外不同的应变值，实现对带曲率零件回弹变形及“逆固化”过程的快速仿真计算。
[0035](2)本专利技术充分考虑了复合材料回弹变形补偿的非线性特性，使用时仅需根据回弹角大小选取适当的迭代次数，即可通过一次模拟仿真计算确定工装补偿型面，解决了工装补偿型面建模需要反复迭代、费时费力的难题。
[0036](3)本专利技术基于复合材料的回弹变形机理，利用“逆固化”过程仿真的方法实现复合材料回弹变形的工装补偿型面快速建模，解决了工装补偿型面的零件外形线难确定、具有结构特征区域难确定等问题，缩短了工装补偿型面的建模周期。
[0037]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0038]图1为本专利技术实施例2中L型复合材料零件建模示意图；
[0039]图2为本专利技术实施例2中L型复合材料零件回弹变形仿真结果；
[0040]图3为本专利技术实施例2中L型复合材料零件回弹变形仿真结果。
具体实施方式
[0041]实施例1
[0042]一种抑制L型复材零件回弹变形的模具型面补偿方法，该补偿方法适用于预浸料热压罐成型工艺，L型复合材料零件两直边的夹角为θ，θ的范围为60
°
～120
°
，对模具型面进行补偿消除回弹变形的方法具体包括以下步骤：
[0043]步骤1：通过实验测量或向供应商索取L型复合材料零件的基础性能参数，包括所用材料的工程弹性常数、热膨胀系数及化学收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制L型复材零件回弹变形的模具型面补偿方法，L型复合材料零件两直边的夹角为θ，其特征在于对模具型面进行补偿消除回弹变形的方法具体包括以下步骤：步骤1：通过实验测量或向供应商索取L型复合材料零件的基础性能参数，包括所用材料的工程弹性常数、热膨胀系数及化学收缩率；步骤2：根据L型复合材料零件的固化工艺曲线，计算复合材料刚达到玻璃态时所处的温度与室内温度的温度差ΔT＝T
室温
‑
T
glass
，其中T
室温
为室内温度，T
glass
为材料在固化过程中达到玻璃态时的温度；步骤3：对L型复合材料零件回弹变形进行有限元仿真；步骤4：分析步骤3中的有限元仿真计算结果，获得该复合材料零件的回弹变形量Δθ；步骤5：选取合适的迭代次数n，根据公式计算该L型复合材料零件从设计型面变形至工装补偿型面所需的温度差ΔT
′
，式中n为不小于2的正整数，α、β分别表示L型复合材料零件沿周向与径向的等效热膨胀系数、等效化学收缩率之差。步骤6：将步骤1中所得的化学收缩率乘以
‑
1，其余参数保持不变。步骤7：基于步骤5中所得的温度差ΔT
′
和步骤6中所得的材料参数，进行变形仿真：步骤8：导出步骤7所得的变形后L型复合材料零件贴模面的网格节点坐标，建立模具的补偿型面。2.根据权利要求1所述的一种抑制L型复材零件回弹变形的模具型面补偿方法，其特征在于所述的L型复合材料零件夹角θ的范围为60
°
～120
°
。3.根据权利要求1所述的一种抑制L型复材零件回弹变形的模具型面补偿方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：何靓，徐小伟，王小凯，何煜文，
申请(专利权)人：中航西安飞机工业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：