【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料固化成型，尤其涉及基于仿真的复合材料热固化成型评估方法、系统及装置。
技术介绍
1、环氧树脂基体纤维复合材料具有优异的力学性能及可设计性强等特点，广泛应用于航空航天领域，包括用于航空发动机、整流罩、机翼、尾翼、扰流片等制造。除了各种纤维复合材料自身力学能的差异，其成型设计方法的差别也会对力学性能产生重大影响。在航空纤维复合材料的高温固化成型及后续冷却过程中，由于环氧树脂基体的化学反应导致的收缩效应，会降低固化成型过程中热均匀性并增加成型模具膨胀系数差异，进而导致复合材料常温下的固化形态与理想形状形态存在一定的固化变形(即固化后的回弹导致的差异性)，甚至导致力学性能不满足设计要求。
2、为减小环氧树脂基复合材料的固化变形，传统的试验返修、重新制备材料方法，基于传统工艺经验基础上对热固化成型参数和模具的型面进行反复的补偿性修正，以减小热均匀性不佳和固化变形带来的负面影响。传统的方法导致成本高、效率低，且无法有效控制构件变形，特别是对于航空航天用大尺寸、结构复杂的固化成型板材，这种传统反复试验的方法对人工和成本大量带来极大的消耗，制约了板材的大规模使用，严重影响结构件的装配质量。
3、因此，如何提供一种更加精确、高效和低成本的纤维复合材料热固化成型方法，成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术存在的上述缺陷，本专利技术提出了基于仿真的复合材料热固化成型评估方法、系统及装置。
2、本专利技术提供一种基于仿真的复合
3、根据复合材料层合板的尺寸参数构建复合材料层合板有限元模型，获得复合材料层合板有限元模型；
4、通过材料参数和截面属性的赋予，对获得的复合材料层合板有限元模型进行固化成型仿真；
5、对固化成型仿真进行求解计算，通过网格补偿获得复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数和固化变形预测值；
6、采用固化成型方法制备与复合材料层合板有限元模型具有相同尺寸参数的复合材料层合板，在固化成型的过程中获取复合材料层合板固化成型实时工艺参数和关键部位的固化变形值；
7、将复合材料层合板有限元模型的固化变形预测值与复合材料层合板的固化变形值进行对比，根据两者的误差是否满足设计要求确定复合材料层合板的最优固化成型工艺参数。
8、优选地，本专利技术的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法中，根据复合材料层合板的尺寸参数构建复合材料层合板有限元模型，获得复合材料层合板有限元模型，包括：根据复合材料层合板的长度、宽度、高度和铺层角度构建复合材料层合板模型，通过网格划分对构建的复合材料层合板模型进行有限元划分，获得复合材料层合板有限元模型。
9、优选地，本专利技术的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法中，通过材料参数和截面属性的赋予，对获得的复合材料层合板有限元模型进行固化成型仿真，包括：
10、采用usdfld子程序定义复合材料层合板固化过程中的固化度场；
11、采用hetval子程序定义复合材料层合板内部产热、连接热传导和固化动力学方程；
12、采用disp子程序定义温度边界条件；
13、采用umat子程序定义当前增量步的应力，定义复合材料层合板的雅克比矩阵、本构方程以及固化成型过程中材料的工程弹性常数；
14、采用uexpan子程序定义复合材料层合板的热应变和固化收缩应变。
15、优选地，本专利技术的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法中，对固化成型仿真进行求解计算，通过网格补偿获得复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数和固化变形预测值，包括：采用求解器根据固化成型仿真中赋予的多组材料参数和材料属性对固化成型仿真进行求解计算，通过网格补偿获得复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数和固化变形预测值，所述复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数包括固化时间、固化温度和固化压力。
16、优选地，本专利技术的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法中，通过网格补偿获得复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数和固化变形预测值，包括：
17、提取复合材料层合板有限元模型表层网格节点的变形位移信息，从提取的表层网格节点的变形位移信息中获取网格节点的固化变形最大值和固化变形最小值；
18、获取复合材料层合板有限元模型表面的网格单元数量和节点数量，根据网格单元数量、节点数量、每个网格单元的面积和每个节点到复合材料层合板有限元模型表面的垂直距离，计算复合材料层合板有限元模型表面网格节点的固化变形加权平均值和固化变形均方根值；
19、根据网格节点的固化变形最大值、固化变形最小值、固化变形加权平均值和固化变形均方根值计算网格节点的补偿量最小值，根据补偿量最小值对复合材料层合板有限元模型进行网格补偿。
20、优选地，本专利技术的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法中，根据网格节点的固化变形最大值、固化变形最小值、固化变形加权平均值和固化变形均方根值计算网格节点的补偿量最小值，根据补偿量最小值对复合材料层合板有限元模型进行网格补偿，包括：
21、对多组固化成型工艺参数下的固化变形加权平均值进行升序排列，由小至大选取多组固化变形加权平均值，并计算对应的固化变形均方根值；
22、对计算所得的固化变形均方根值进行升序排列，由小至大选取多组固化变形均方根值，并计算对应的固化变形最小值；
23、对计算所得的固化变形最小值进行升序排列，由小至大选取多组固化变形最小值，并计算对应的固化变形最大值；
24、对计算所得的固化变形最大值进行升序排列，选取极小值作为网格节点的补偿量最小值。
25、优选地，本专利技术的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法中，采用固化成型方法制备与复合材料层合板有限元模型具有相同尺寸参数的复合材料层合板，包括：设置起始固化成型工艺参数，所述起始固化成型工艺参数包括起始固化时间、起始固化压力和起始固化温度，采用设置的起始固化成型工艺参数制备与复合材料层合板有限元模型具有相同尺寸参数的复合材料层合板。
26、优选地，本专利技术的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法中，在固化成型的过程中获取复合材料层合板固化成型实时工艺参数和关键部位的固化变形值，包括：
27、通过在复合材料层合板表面均匀布置温度传感器，获取复合材料层合板的固化成型实时工艺参数，所述固化成型实时工艺参数包括实时固化时间、实时固化温度以及实时固化压力模拟信号；
28、通过在复合材料层合板表面的关键部位布置压力传感器，采用压力传感器获取关键部位的固化变形模拟信号。
29、优选地，本专利技术的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法中，将复合材料层合板有限元模型的固化变形预测值与复合材料层合板的固化变形值进行对比，根据两者的误差是否满足设计要求确定复合材料层合板的最优固化成型工艺参数，包括：当复合材料层合板有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，根据复合材料层合板的尺寸参数构建复合材料层合板有限元模型，获得复合材料层合板有限元模型，包括：根据复合材料层合板的长度、宽度、高度和铺层角度构建复合材料层合板模型，通过网格划分对构建的复合材料层合板模型进行有限元划分，获得复合材料层合板有限元模型。
3.根据权利要求1所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，通过材料参数和截面属性的赋予，对获得的复合材料层合板有限元模型进行固化成型仿真，包括：
4.根据权利要求1所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，对固化成型仿真进行求解计算，通过网格补偿获得复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数和固化变形预测值，包括：采用求解器根据固化成型仿真中赋予的多组材料参数和材料属性对固化成型仿真进行求解计算，通过网格补偿获得复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数和固化变形预测值，所述复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数包括固化时间
5.根据权利要求4所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，通过网格补偿获得复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数和固化变形预测值，包括：
6.根据权利要求1所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，根据网格节点的固化变形最大值、固化变形最小值、固化变形加权平均值和固化变形均方根值计算网格节点的补偿量最小值，根据补偿量最小值对复合材料层合板有限元模型进行网格补偿，包括：
7.根据权利要求1所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，采用固化成型方法制备与复合材料层合板有限元模型具有相同尺寸参数的复合材料层合板，包括：设置起始固化成型工艺参数，所述起始固化成型工艺参数包括起始固化时间、起始固化压力和起始固化温度，采用设置的起始固化成型工艺参数制备与复合材料层合板有限元模型具有相同尺寸参数的复合材料层合板。
8.根据权利要求1所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，在固化成型的过程中获取复合材料层合板固化成型实时工艺参数和关键部位的固化变形值，包括：
9.根据权利要求1所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，将复合材料层合板有限元模型的固化变形预测值与复合材料层合板的固化变形值进行对比，根据两者的误差是否满足设计要求确定复合材料层合板的最优固化成型工艺参数，包括：当复合材料层合板有限元模型的固化变形预测值与复合材料层合板的固化变形值的差值符合复合材料层合板的设计要求，将复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数作为最优固化工艺参数。
10.根据权利要求1所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，将复合材料层合板有限元模型的固化变形预测值与复合材料层合板的固化变形值进行对比，根据两者的误差是否满足设计要求确定复合材料层合板的最优固化成型工艺参数，包括：
11.基于仿真的复合材料热固化成型评估系统，其特征在于，所述系统用于：根据复合材料层合板的尺寸参数构建复合材料层合板有限元模型，获得复合材料层合板有限元模型；
12.基于仿真的复合材料热固化成型评估装置，其特征在于，所述装置包括：
...【技术特征摘要】
1.基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，根据复合材料层合板的尺寸参数构建复合材料层合板有限元模型，获得复合材料层合板有限元模型，包括：根据复合材料层合板的长度、宽度、高度和铺层角度构建复合材料层合板模型，通过网格划分对构建的复合材料层合板模型进行有限元划分，获得复合材料层合板有限元模型。
3.根据权利要求1所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，通过材料参数和截面属性的赋予，对获得的复合材料层合板有限元模型进行固化成型仿真，包括：
4.根据权利要求1所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，对固化成型仿真进行求解计算，通过网格补偿获得复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数和固化变形预测值，包括：采用求解器根据固化成型仿真中赋予的多组材料参数和材料属性对固化成型仿真进行求解计算，通过网格补偿获得复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数和固化变形预测值，所述复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数包括固化时间、固化温度和固化压力。
5.根据权利要求4所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，通过网格补偿获得复合材料层合板有限元模型的固化成型工艺参数和固化变形预测值，包括：
6.根据权利要求1所述的基于仿真的复合材料热固化成型评估方法，其特征在于，根据网格节点的固化变形最大值、固化变形最小值、固化变形加权平均值和固化变形均方根值计算网格节点的补偿量最小值，根据补偿量最小值对复合材料层合板有限元模型进行网格补偿，包括：
...【专利技术属性】
技术研发人员：刘迎港，孙杰，郭志伟，周云，阮晨阳，
申请(专利权)人：上海圣尧智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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