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基于多学科耦合的复合材料帽型加筋板制造仿真

         
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民机复合材料帽型壁板自动化制造包含自动铺丝(AFP)和热压罐固化过程,工艺复杂,故有必要对其进行理论研究和建模.分别建立粘弹性力学和多孔渗流耦合模型对铺丝过程进行仿真;建立复合材料热传导、化学交联反应、固化动力学、多孔介质渗流和材料性能时变性耦合模型对固化过程进行仿真.应用所建立的耦合模型对AS4/3051-6系列碳纤维/环氧树脂(CFRP)预浸料热压罐固化制备复合材料平板工艺进行仿真,并将其结果与实验结果对比,验证了此方法的有效性.随后,将此方法应用于大型复合材料帽型壁板制造过程仿真,仿真结果表明:(1)AFP头在经过帽型腔体时存在下陷,下陷量与硅橡胶气囊支撑性能相关,应用本文设计芯模下陷量仿真值为原先的38％,铺丝头对蒙皮的影响面积仿真值为原先的30％;(2)帽型加筋板内部温度与工艺温度不同,其最高温度出现在保温过程结束后升温阶段初期,预测值为工艺温度的106％,且接合处内外层温度差别明显;(3)帽型加筋壁板内部黏度随时间先减小后急剧上升,内层黏度较外层黏度变化速率更大;(4)帽型加筋板蒙皮平均厚度预测值由成型前的4.5 mm减少至4 mm,测量厚度为3.88 mm,仿真误差为3.1％.

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