[发明专利]一种模具型面补偿设计方法及装置

说明书

本发明涉及模具型面技术领域，特别是涉及一种模具型面补偿设计方法及装置。所述方法包括：S100获得初始偏差位移H_k,0，S200获得偏差位移H_k，S300获得无量纲参数F_obj，S400获得最优补偿因子。通过本发明，可以将替代以往的试验测定，且不需要重建模具型面，脱模后的外形偏差位移减少了90％以上，节约大量的经费和时间。

技术领域

本发明涉及模具型面技术领域，特别是涉及一种模具型面补偿设计方法及装置。

背景技术

在实际工程中，工程人员通常直接以复合材料构件的理论外形作为模具型面，但脱模后往往会出现复合材料构件的实际外形与理论外形不一致的现象。由于复合材料构件的刚度较好，即使较小的外形偏差，往往也需要极大的强迫装配载荷，但这种带预应力的强迫装配行为在飞机装配规范中是明令禁止的，因此固化变形问题给复合材料构件的制造和装配都带来了难题。为了获得外形精度较高的复合材料构件，国内外复合材料制造厂主要采用修整模具型面的方法，但由于缺乏复合材料固化变形的数值分析手段，目前主要依靠经验法则估算模具型面的补偿量。当复合材料构件形状比较简单时，上述方法也许是可行的，能满足基本的工程要求。但是飞机所用结构通常都具有较复杂的外形，而不是简单的平板或单曲率的曲板，而是这些形状的组合，那么脱模后复合材料构件的变形模式不仅包括回弹变形、翘曲变形，甚至产生了扭曲变形，此时上述经验法就变得不可靠和具有高风险性。

目前，专利“一种控制复合材料双曲面蒙皮固化变形的成型方法”(CN111923452A)提出通过铺层R区切断后拼接的方法来减少工艺变形，但利用该方法对变形控制的效果通常有限。专利“一种L型复合材料制件固化变形回弹角的预测方法”(CN113221398)通过先预测变形量，然后通过一次整修模具的办法消除变形。但一次变形预测的结果并不能直接获得模具型面，因为如果对模具型面进行了修改，那么制备件的初始形状也随之发生改变，其变形结果与初始形状时的变形结果肯定是不同的，因此模型型面设计需要一个反复迭代的过程。专利“基于有限元分析的复合材料构件热压罐成型工装型面设计方法”(CN102567582B)对上述专利所述方法进行了改进，增加了重复有限元分析及判断过程，直到得到满足精度要求的工装型面为止。但该方法带来了一个新的问题，每次重复有限元分析不仅需要重构有限元模型，还需要基于上一步的变形量重建模具型面，重构有限元模型和重建模具型面都极大增加了工作难度和工作量。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种模具型面补偿设计方法及装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种模具型面补偿设计方法，包括如下步骤：

S100根据初始模具型面S0平移初始变形向量D0后获得初始脱模后构件外形M0，根据所述初始模具型面S0和初始变形向量D0获得二者间的初始偏差位移H_k,0；

S200根据所述初始变形向量D0与补偿因子μ乘积的反向，获得补偿向量D1，将所述初始模具型面S0平移补偿向量D1获得补偿后模型型面S1；将所述补偿后模型型面S1平移补偿变形向量D2获得脱模后构件的变形外形M1；根据所述脱模后构件的变形外形M1与初始模具型面S0获得二者间的偏差位移H_k；

S300根据偏差位移H_k和初始偏差位移H_k,0获得用于表征脱模后构件的变形外形M1与初始模具型面S0之间的外形偏差程度的无量纲参数F_obj；

S400以F_obj最小化为优化目标计算获得对应的最优补偿因子。