[发明专利]一种PEEK复合材料纤维铺放热传递模型的建立方法

说明书

本发明所提供的一种PEEK复合材料纤维铺放热传递模型的建立方法，包括：在前处理模块中定义纤维铺放温度场分析的单位，选择热分析单元类型，创建几何模型、定义热塑性纤维及模具材料相关属性和划分等间距的热分析网格；在求解模块中定义热流密度载荷及散热边界条件、设置载荷步选项；利用ANSYS有限元分析软件循环加载技术和生死单元建立几何模型，施加初始温度和边界条件，杀死所有铺层单元并激活第a层第b个单元，对激活单元施加热载荷删除上一载荷步热载荷，求解温度场瞬态过程对铺层基层厚度及长度方向进行等间距网格划分，沿每一层厚度方向上划分两个单元；通过APDL进行命令流设置，并完成相关模型的建立。

技术领域

本发明涉及一种热传递模型技术，尤其涉及一种PEEK复合材料纤维铺放热传递模型的建立方法。

背景技术

纤维增强型复合材料具有质量轻、比强度和比模量高、不反射电磁波、设计自由度大等优点，已经成为航天构件和大客机的首选材料。自动铺放成型技术由于具有质量稳定、成型效率高(约为人工铺放效率的5～20倍)等特点，已经在国外飞机制造企业中得到了应用。使用纤维增强型复合材料，可以减少飞机自身的重量，降低燃油的消耗，进而提升飞机的综合性能。

热塑性纤维铺放过程中采用的是原位固化技术，对热塑性纤维施加适当的热源和压力来制造构件。热塑性树脂基体达到熔点温度以上分子链会发生运动，使树脂基体发生物理变化并具有一定的粘弹性，同时在外界压力的作用下，热塑性纤维当前层和已铺层之间的界面发生熔合现象。PEEK型树脂的熔点温度为343℃，在已有研究中通过实验验证，铺放工艺过程中最佳的工艺温度为370～400℃，超过这个温度范围会使热塑性树脂黏性降低。如果超过树脂的热解温度580℃则严重影响层间熔合强度甚至破坏已有铺层。热塑性纤维自动铺放是一个非等温变化过程，热塑性纤维加热过程中，热量传递过程中包括强制对流换热和传热现象，高压热空气与热塑性树脂表面之间先发生强制对流换热，层与层之间后发生传热，材料内部温度变化速率都在1000℃/s左右。PEEK复合材料用一般的热传递模型进行瞬态过程仿真难以准确反映热塑性纤维自动铺放过程中铺层内部复杂的温度场变化情况。因此需要建立比较准确的热传递模型。

发明内容

为达到上述目的，本发明提供一种PEEK复合材料纤维铺放热传递模型的建立方法，以解决热传递模型难以准确反映热塑性纤维自动铺放过程中铺层内部复杂的温度场变化的问题。实施例的技术方案包括：一种PEEK复合材料纤维铺放热传递模型的建立方法，包括：在前处理模块中定义纤维铺放温度场分析的单位，选择热分析单元类型，创建几何模型、定义热塑性纤维及模具材料相关属性和划分等间距的热分析网格；在求解模块中定义热流密度载荷及散热边界条件、设置载荷步选项；利用ANSYS有限元分析软件循环加载技术和生死单元建立几何模型，施加初始温度和边界条件，杀死所有铺层单元并激活第a层第b个单元，对激活单元施加热载荷删除上一载荷步热载荷，求解温度场瞬态过程对铺层基层厚度及长度方向进行等间距网格划分，沿每一层厚度方向上划分两个单元；通过APDL进行命令流设置，并完成相关模型的建立。

上述方案中，创建几何模型长度为200mm、厚度为0.125mm×层数。

上述方案中，铺层基层的单元尺寸均小于模具的单元尺寸。

上述方案中，铺层基层的单元数量大于模具数量。

上述方案中，铺层基层的单元密度大于模具密度。

上述方案中，模具的材料导热系数K＝45W/(m²·℃)；模具的材料比热容C＝470J/(kg·℃)；模具的材料密度ρ＝7800kg/m³。