專利名稱：各向異性復(fù)材制件熱壓罐成形復(fù)材工裝模板設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流程簡單，所用到的參數(shù)都為單層材料的屬性，易于獲得。



圖1為復(fù)材工裝和金屬工裝熱壓罐成形各向異性復(fù)合材料制件過程示意圖。圖中可明顯看出，在固化溫度時，金屬工裝成形的制件在參考方向上形狀比較匹配，在垂直于參考方向上，形狀出現(xiàn)較大的偏差，成形精度低；利用復(fù)材工裝，通過模板鋪層設(shè)計的優(yōu)化，可實現(xiàn)各向膨脹變形的匹配，成形精度高。
圖2為復(fù)合材料工裝設(shè)計流程。

具體實施例方式 采用低溫成形高溫使用的復(fù)合材料作工裝模板材料，由各向異性復(fù)合材料制件的鋪層信息，通過方案中的熱膨脹系數(shù)的計算公式進(jìn)行計算，求得各向異性復(fù)合材料制件各個方向上的熱膨脹系數(shù)，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行復(fù)合材料工裝模板鋪層設(shè)計，再進(jìn)行工裝的熱膨脹系數(shù)計算，通過制件和工裝的各向熱膨脹系數(shù)的比較，優(yōu)化工裝模板鋪層設(shè)計，最終達(dá)到工裝與制件在各個方向上的熱膨脹系數(shù)匹配。
權(quán)利要求
1.一種各向異性復(fù)合材料制件熱壓罐成形復(fù)合材料工裝設(shè)計方法，適用于熱壓罐成形復(fù)合材料制件的固化工藝曲線和鋪層信息已知的前提條件下進(jìn)行，具體方法如下
第一步由已知的制件鋪層信息及工程常量，通過計算獲得制件各個方向上的熱膨脹系數(shù)；
第二步采用低溫成形高溫使用的復(fù)合材料制造工裝模板，根據(jù)制件的熱膨脹系數(shù)，設(shè)計工裝模板的鋪層方式，使制件和工裝的各向熱膨脹系數(shù)相匹配，絕對誤差小于10％，通過計算，若兩者的熱膨脹系數(shù)超出誤差范圍，則重新進(jìn)行鋪層設(shè)計，從而使兩者的變形一致；
上述第一步、第二步涉及公式如下
對于制件為單向纖維增強的層合板
已知EL，ET為單向板的橫向、縱向的彈性模量；vLT，vTL為面內(nèi)的泊松比；GLT為面內(nèi)剪切模量；令m＝(1-vLTvTL)-1，得單向板的剛度矩陣
其中
Q11＝mEL (3)
Q22＝mET
Q66＝GLT
Q12＝mvLTEL
Q21＝mvTLET
式中，m＝cosθ，n＝sinθ，θ為鋪層角；
其中tk＝zk-zk-1，為第k層的厚度；zk是第k層的坐標(biāo)。
由式(4)，(5)得單向纖維增強的復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)
式中
[A]-為疊層材料的拉壓剛度矩陣；
-為單層偏軸剛度矩陣；
αk-為疊層材料中第k層的熱膨脹系數(shù)；
對于制件為編織物增強的層合板
已知E1、E2分別為單層編織物的橫向、縱向的彈性模量；v12，v23分別為1-2、2-3平面內(nèi)的泊松比；G12為1-2平面內(nèi)剪切模量；
編織物增強復(fù)合材料的柔度矩陣
由[S]可得[Q]
其中
S＝S11S22S33-S11S232-S22S132-S33S122+2S12S23S13
轉(zhuǎn)置矩陣
如果各層厚度相同，則為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種各向異性復(fù)合材料制件熱壓罐成形復(fù)合材料工裝模板設(shè)計方法，屬于各向異性復(fù)合材料制件熱壓罐成形工裝設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。該方法采用低溫成形高溫使用的復(fù)合材料制造工裝模板，由已知的制件鋪層信息及工程常量，計算獲得制件各個方向上的熱膨脹系數(shù)；再根據(jù)制件的熱膨脹系數(shù)，設(shè)計復(fù)合材料工裝模板的鋪層方式，使制件和工裝的各向熱膨脹系數(shù)相匹配，絕對誤差小于10％，通過計算，若兩者的熱膨脹系數(shù)超出誤差范圍，則重新進(jìn)行鋪層設(shè)計，從而使兩者的變形一致。本發(fā)明提供的設(shè)計方法，解決了熱壓罐成形過程中各向異性復(fù)合材料制件與工裝模板各向熱膨脹系數(shù)難以匹配的問題，提高了制件精度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號G06F17/50GK101794332SQ20101010562
公開日2010年8月4日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者李迎光, 萬世明, 王紅星, 李德尚, 于剛, 張吉, 傅浩杰, 傅承陽 申請人:南京航空航天大學(xué)