申请/专利权人：北京理工大学

申请日：2024-02-08

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN117727407B

主分类号：G16C60/00

分类号：G16C60/00;G06F30/23;G06F113/26;G06F119/14;G06F119/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2024.04.05#实质审查的生效;2024.03.19#公开

摘要：本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种考虑温度场和筋条变形的网格结构固化变形预测方法。该方法通过将热压罐非均匀性温度场和筋条截面变形结果考虑到固化变形的因素中，这充分考虑了网格结构构件在固化过程中热压罐非均匀性温度场和筋条截面变形的影响，从而可以精确预测网格结构构件的固化变形。

主权项：1.一种考虑温度场和筋条变形的网格结构固化变形预测方法，其特征在于，基于ABAQUS软件，包括：获取待预测的网格结构构件的输入参数；其中，预浸料固化成型后形成网格结构构件，所述输入参数包括热压罐非均匀性温度场、筋条截面变形结果、预浸料的密度、预浸料的热传导系数、预浸料的比热容、硅胶软模的热膨胀系数、纤维体积分数、预浸料的铺缠张力和外界施加的压力；将所述输入参数输入到预先构建的固化变形预测模型中，得到待预测的网格结构构件的固化变形的预测结果；其中，所述固化变形预测模型包括热模型、固化动力学模型、树脂黏度模型和粘弹性本构模型，硅胶软模为网格结构构件的固化成型模具；所述热压罐非均匀性温度场是通过如下方式得到的：构建网格结构固化模型；其中，所述网格结构固化模型包括芯轴钢模、硅胶软模、复合材料网格结构、吸胶毡和热压罐空气域；对所述网格结构固化模型进行网格划分，并根据材料属性赋予相应的比热、热传导系数和密度；设置热压罐的入口空气流速，并设置空气温度与固化工艺温度曲线一致，模拟仿真得到所述网格结构固化模型的温度场；其中，所述温度场用于表征所述热压罐非均匀性温度场；所述筋条截面变形结果是通过如下方式得到的：构建网格结构单元模型；根据材料属性赋予相应的参数信息；其中，所述参数信息包括硅胶软模参数、比热、热传导系数、热膨胀系数、弹性模量和剪切模量；将所述参数信息输入到硅胶超弹性本构模型、所述热模型、所述固化动力学模型、所述树脂黏度模型和所述粘弹性本构模型中，得到所述筋条截面变形结果；所述硅胶超弹性本构模型为： 式中，W为应变能密度函数，d、C10和C01均为硅胶材料参数，其通过拉伸实验获取，其中d为0.002，C10为2.4916×10-2，C01为-9.6782×10-3；I1、I2和I3均为变形的张量不变量；所述热模型为： 式中，为预浸料的密度，C为预浸料的比热容，T为预浸料的温度，kx1、ky1、kz1依次为预浸料沿x、y、z方向的热传导系数，Q为树脂的固化反应热，为树脂的密度，为树脂的体积分数，为树脂完全固化反应后单位质量树脂放出的总热量，为树脂的固化反应速率，其中为树脂的固化度，取值范围为[0，1]，0代表固化过程开始，1代表固化过程结束；所述固化动力学模型为： 式中，k为速率常数，p和q依次为第一反应级数和第二反应级数；所述树脂黏度模型为： 式中，μ为树脂的黏度，μ0为黏度常数，U为黏性流动的活化能，R为气体普适常数，K为与碳纤维和树脂发生的交联反应相关的常数；所述粘弹性本构模型为： 式中，为预浸料在t时刻的应力分量，是t时刻的完全松弛刚度矩阵，即由储能模量构成的刚度矩阵，为t时刻松弛刚度矩阵，即由耗散模量构成的刚度矩阵，为树脂在t时刻的固化度，为预浸料在t时刻的温度，为第m支Maxwell单元的权重系数，Maxwell单元用于描述预浸料在固化过程中的本构行为，为第m支Maxwell单元的松弛时间，为预浸料的机械应变，为温度转换因子，t'为上一积分点的时刻。

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