模具對復合材料構件固化變形的影響論文

　　摘要:熱壓罐成型工藝是一個(gè)紛繁復雜的綜合性過(guò)程，很多復合材料構件通常是由模具和負荷材料內部構件出現不匹配才會(huì )造成沿厚度方向與面內各種固化參與應力的發(fā)展，在得到固化后很多參與應力會(huì )沿著(zhù)構件整體厚度方向開(kāi)始發(fā)生變化。另外，殘余應力分布不均勻也會(huì )對復合材料構件固化變形產(chǎn)生很大影響�；�于此本文將模具對復合材料構件固化變形的影響這個(gè)角度作為出發(fā)點(diǎn)，對其展開(kāi)深入、全面探討與論述。

　　關(guān)鍵詞：:模具;復合材料;固化工藝;殘余應力

　　1緒論

　　熱壓罐在整體化成型過(guò)程當中模具和復合材料構件兩者之間的溫度如果發(fā)生不匹配的現象，在一定程度上將會(huì )造成符合材料構件固化殘余應力發(fā)生很大作用進(jìn)而造成固體發(fā)生變形。由于受到內部壓力的影響復合材料內部構件會(huì )作用在模具表面，由于熱脹冷縮將會(huì )造成模具和復合材料兩者之間互相發(fā)生作用來(lái)造成復合材料構件固化發(fā)生變形。

　　2對于模具和構件相互作用機制分析

　　模具和復合材料構件兩者是一種非常密切的關(guān)系，通常情況下，如果模具和復合材料構件中的溫度膨脹系數出現不匹配時(shí)將會(huì )造成固化發(fā)生變形。［1］另外，很多與模具表面接近的符合材料中富樹(shù)脂纖維分布不均勻，在復合材料成型工藝過(guò)程當中單面吸膠和抽真空出現不當將會(huì )對工藝成型結果產(chǎn)生很大影響。一般情況下使用最多的方式是把預吸膠和真空嘴的合理位置來(lái)減小復合材料構件接近模具端的富樹(shù)脂區。通過(guò)依照樹(shù)脂基體中的凝膠點(diǎn)與玻璃溫態(tài)溫度來(lái)把整個(gè)工藝成型過(guò)程分為以下三個(gè)不同階段:黏性液體、彈性固體與發(fā)生變化的彈性固體狀態(tài)。當樹(shù)脂基體處在黏性液體這個(gè)階段是，由于樹(shù)脂是一種液體具有一定流動(dòng)性，所以符合材料構件和模具兩者之間的發(fā)生的作用就會(huì )非常小，然而在樹(shù)脂處于彈性固體階段時(shí)，復合材料內部構件會(huì )出現一種非常大的模量，當模具和復合材料兩者之間產(chǎn)生剪切應力時(shí)，這個(gè)時(shí)候復合材料內部構件會(huì )出現一種拉應力，然而在其整個(gè)厚度方向分布上還是處于一種均勻狀態(tài)，并不會(huì )出現應力梯度的發(fā)生，在對其進(jìn)行脫模之后構件會(huì )由彈性逐漸開(kāi)始發(fā)生變形最終會(huì )恢復到原始狀態(tài)，并不會(huì )引起符合材料構件出現翹曲變形的情況發(fā)生。

　　3關(guān)于模具對復合材料構件固化變形的影響探究

　　3．1關(guān)于使用光纖光柵方法來(lái)說(shuō)明模具和復合材料的關(guān)系和作用分析

　　光纖布拉格光柵是一種現代化、創(chuàng )新型技術(shù)，通常情況下這種方式的工作原理是通過(guò)測量布拉格中心反射峰波長(cháng)產(chǎn)生的變化來(lái)得到被測量相關(guān)信息參數。通過(guò)引起光纖光柵發(fā)生折射率的變化來(lái)造成布拉格波長(cháng)發(fā)生不同程度的變化，尤其應變在光纖光柵上發(fā)生作用之后，整個(gè)光柵形態(tài)會(huì )開(kāi)始出現拉伸變化。與此同時(shí)光彈效應在一定程度上也會(huì )造成折射率出現不同程度的變化，除此之外，當溫度場(chǎng)在光纖光柵上面發(fā)生作用時(shí)，光纖材料會(huì )出現熱脹冷縮的現象，進(jìn)而造成很多熱量來(lái)發(fā)生變化，并且纖芯折射率在很大程度上會(huì )伴隨著(zhù)溫度的升高或者降低出現很大變化。在測定光纖光柵中的應變靈敏系數與溫度靈敏系數時(shí)，可以通過(guò)應變與溫度變化來(lái)造成布拉格中心波長(cháng)發(fā)生漂移。［2］要想讓光纖光柵中的布拉格波長(cháng)發(fā)生變化，在對其進(jìn)行監測的過(guò)程當中必須獲取同一時(shí)刻中的構件溫度，相關(guān)工作人員應該在構件內部埋設熱電偶來(lái)監測固化過(guò)程當中的溫度變化，光纖布拉格光柵和熱電偶采集到的各種信息監測數據通常情況下是由解調儀與信息數據之間的轉換來(lái)與計算機進(jìn)行有效連接，然后再通過(guò)計算機應用程序來(lái)對其進(jìn)行綜合記錄。

　　3．2關(guān)于復合材料成型工藝固化過(guò)程分析

　　復合材料成型工藝過(guò)程是一個(gè)綜合性復雜過(guò)程。通常情況下，不同類(lèi)型工藝之間都存在各種優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。對于熱固性樹(shù)脂復合材料成型技術(shù)一般都會(huì )選擇使用熱壓罐成型、樹(shù)脂傳遞模型或者真空輔助灌注這種方式成型。一般情況下，固化工藝過(guò)程當中的很多復合材料通常會(huì )經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)過(guò)程:首先，流動(dòng)階段，這個(gè)階段中的樹(shù)脂整體粘度非常小，大部分樹(shù)脂一般都處于一種流動(dòng)性液體狀態(tài)。在相關(guān)壓力的作用之下，很多預浸料層之前的大量空氣會(huì )被擠出，預成型體也會(huì )進(jìn)一步得到壓實(shí)。另外還可以使用吸膠鋪貼的方式來(lái)進(jìn)行操作，吸膠會(huì )在很短時(shí)間內吸收很多溢出到外部的樹(shù)脂。并且會(huì )隨著(zhù)溫度的持續不斷提升樹(shù)脂的整體固化度也會(huì )進(jìn)一步得到增加，整個(gè)樹(shù)脂固化度也會(huì )進(jìn)一步得到增加。并且粘度會(huì )開(kāi)始越來(lái)越大，這個(gè)時(shí)候的樹(shù)脂整體流動(dòng)性就會(huì )變得越來(lái)越困難，在達到固定的凝膠點(diǎn)時(shí)樹(shù)脂就會(huì )開(kāi)始處于一種停止狀態(tài)，并且還會(huì )對復合材料的整體厚度與纖維體積造成很大影響。其次，凝膠玻璃化階段，這個(gè)階段的工藝溫度在一定程度上會(huì )大于樹(shù)脂玻璃化中轉變的溫度，當復合材料處于橡膠狀態(tài)時(shí)期時(shí)，整個(gè)樹(shù)脂溫度會(huì )持續走高并且樹(shù)脂的固化速度也會(huì )進(jìn)一步加快，與此同時(shí)樹(shù)脂在固化的過(guò)程當中內部的大量分子也開(kāi)始發(fā)生很大變化。雖然，高溫狀態(tài)下樹(shù)脂的粘彈性會(huì )非常強，然而處于這個(gè)階段的松弛時(shí)間卻非常小，這種樹(shù)脂狀態(tài)和玻璃狀態(tài)相比較倆或整體模量并不是很大。處于凝膠和玻璃化狀態(tài)的樹(shù)脂固化反應非常激烈，尤其在接近玻璃化點(diǎn)時(shí)大量樹(shù)脂會(huì )表現出一種非常強的黏彈性，樹(shù)脂固化收縮也是在這個(gè)階段發(fā)生的。最后，脫模階段，復合材料構件在發(fā)生脫模之后會(huì )對構件進(jìn)行切割和修整，在對其進(jìn)行其他操作是也會(huì )影響整個(gè)構件的殘余應力。

　　4總結

　　復合材料和模具兩者之間的匹配程度在很大程度將會(huì )影響復合材料構件固化發(fā)生變形的程度，并且在這個(gè)成型過(guò)程當中發(fā)生應變還會(huì )引起其他構件固化之后的翹曲變形的情況發(fā)生，因此，相關(guān)工作人員一定要掌握好復合材料和模具之間的匹配程度。

　　參考文獻:

　�。�1］王仁宇，關(guān)志東，王乾，等．復合材料Ⅴ型構件的固化變形預測及其工裝型面設計［J］．材料導報，2017，31(2):130-135．

　�。�2］劉林鑫，叢晶潔，劉凱，等．非熱壓罐工藝模具對復合材料加筋壁板固化變形影響的有限元分析［J］．復合材料學(xué)報，2018，35(2):347-355．

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