[发明专利]固化复合材料构件的成型模具的型面确定方法

说明书

本发明涉及一种固化复合材料构件的成型模具的型面确定方法，包括以下步骤：使型面与目标复合材料构件的表面贴合，以目标复合材料构件作坯件，仿真得到成型后的复合材料构件；对成型模具的型面进行等距离反向补偿调整，将目标复合材料构件按对应位置放置在补偿后的型面上，施加压力得到第二构件，且其下表面与第一型面相贴合；以第二构件作为坯件，以第一型面作为成型模具的型面，得到成型后的复合材料构件，记作第三构件；将第三构件与目标复合材料构件的偏差在预设范围内，则完成型面确定；若偏差超出预设范围，则再重复上述步骤。本发明能够对固化成型复合材料构件的模具型面进行快速、精确的确定，从而提高成型模具的设计和加工效率。

技术领域

本发明涉及一种固化复合材料构件的成型模具的型面确定方法，属于复合材料成型技术领域。

背景技术

目前，复合材料越来越多地应用于航空航天等各领域，比如在飞机制造中，复合材料的大量应用不但有效地减轻了机体整体的重量，而且还增加了机体的强度和刚度。但是，如果复合材料构件的外形结构达不到设计要求，对装配连接等方会面造成极大的影响。

现有的复合材料成型工艺多采用热压罐固化成型工艺，复合材料构件在固化过程会产生不可避免的变形，而其变形量很难通过直观的方式进行预估或计算，传统方法多采用试验手工调整型面，这给复合材料构件的生产和制造带来了很大的困难。

为降低固化变形带来的影响，实际生产制造之前往往会先对复合材料进行固化变形分析，然后根据分析结果对模具的型面进行补偿，以寻求最合适的成型模具型面。但是，在对复合材料构件的初始成型模具的型面进行补偿之后，往往还需要对复合材料构件的外形进行重构，即重新设计与补偿后的模具型面相对应的构件形状，与构件相配合的其他零件也需要再进行调整，这就需要耗费大量的时间。而由于用于航空航天等各领域的复合材料构件往往含有翼梁、肋板、桁条等复杂构件，从而决定了无法像薄壁零件那般采用传统的方式对复杂构件进行自适应调整。

因此如何快速、精确成型复杂的复合材料构件，成为了亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于固化成型复合材料构件的模具型面的快速、精确的确定方法，可以提高成型模具的设计和加工效率。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种固化复合材料构件的成型模具的型面确定方法，包括以下步骤：

第一步、使成型模具的型面与目标复合材料构件的表面贴合，以目标复合材料构件作坯件，对目标复合材料构件的成型过程通过有限元方法进行仿真，得到成型后的复合材料构件，记作第一构件；

第二步、根据第一构件相对所述目标复合材料构件的变形情况，对成型模具的型面进行反向补偿调整，得到补偿后的成型模具的型面，记作第一型面；

第三步、将目标复合材料构件按对应位置放置在第一型面上，在目标复合材料构件上表面施加压力，使目标复合材料构件发生非线性弹性变形，弹性变形后的复合材料构件记作第二构件，所述第二构件的下表面与第一型面相贴合；

第四步、以第二构件作为坯件，以第一型面作为成型模具的型面，对复合材料构件的成型过程通过有限元方法进行仿真，得到成型后的复合材料构件，记作第三构件；

第五步、将第三构件与目标复合材料构件进行对比，若第三构件与目标复合材料构件之间的偏差在预设范围内，则第一型面即为所需的成型模具的型面；

若第三构件与目标复合材料构件之间的偏差超出预设范围，则根据第三构件相对所述目标复合材料构件的变形情况，对第一型面进行反向补偿调整，将补偿后的成型模具的型面作为第一型面，然后返回执行第三步。

需要说明的是，通过有限元仿真方法对复合材料构件的成型过程进行仿真为现有技术，比如可参考2017年(第三届)中国航空科学技术大会的会议论文《复合材料典型U形件及整体框梁壁板固化变形仿真研究》（作者为：刘望子、陈正生和汪心文），不再赘述。