碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)模型仿真及其成型工藝的多場(chǎng)耦合數(shù)值模擬.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能被廣泛的應(yīng)用于軍事與航空領(lǐng)域,其核心制造工藝包括預(yù)制體結(jié)構(gòu)骨架的編織和固化成型兩個(gè)方面的內(nèi)容。由于細(xì)觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與成型過(guò)程在多重物理化學(xué)變化影響下的不可控性,實(shí)際生產(chǎn)多采用基于歷史經(jīng)驗(yàn)的試制法,增加了制造成本,產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性也無(wú)法得到保證。
　　本文結(jié)合可視化三維建模技術(shù)與數(shù)值模擬仿真技術(shù),針對(duì)碳/碳和樹(shù)脂基兩種碳纖維增強(qiáng)材料,分別進(jìn)行編織和成型兩個(gè)階段的工藝模擬研究,完成了相關(guān)自主軟件的研發(fā),

2、對(duì)實(shí)際工藝的原理性分析與制件結(jié)構(gòu)的量化分析具有較高的指導(dǎo)性意義。
　　本文依據(jù)軸棒法三維四向編織工藝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),基于 UG建模平臺(tái),結(jié)合 UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)和參數(shù)化設(shè)計(jì)的思想,實(shí)現(xiàn)了預(yù)制體的智能化結(jié)構(gòu)仿真功能;通過(guò)參數(shù)校驗(yàn)、用戶引導(dǎo)等輔助機(jī)制,開(kāi)發(fā)了交互性良好的用戶界面;主要模塊由單面剖切、多面剖切、塊狀孔隙切片及參數(shù)反求等組成,可建立編織工藝與孔隙結(jié)構(gòu)間的量化關(guān)系,并將其作為成型工藝模擬中結(jié)構(gòu)參數(shù)的選用與計(jì)算的工具。
　　使

3、用流體仿真軟件 Fluent對(duì)熱壓罐的溫度與壓力環(huán)境進(jìn)行了模擬,給出了熱壓工藝的邊界簡(jiǎn)化方法;建立了熱化學(xué)和密實(shí)流動(dòng)模塊的三維數(shù)學(xué)模型,可對(duì)熱傳導(dǎo)、固化放熱、樹(shù)脂流動(dòng)及層板壓縮等過(guò)程進(jìn)行描述,采用隱式差分法得到了各場(chǎng)量的控制方程的離散格式,并給出了參與計(jì)算的各參量的選用與求解方案;在 VS2010編程環(huán)境下完成了模擬軟件的開(kāi)發(fā),通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)的算例分析,驗(yàn)證了本文所采納的工藝模型與數(shù)值算法的可靠性;設(shè)計(jì)了多組基于控制變量法的參數(shù)對(duì)比試驗(yàn)