先进格栅结构(AGS)共固化工艺的温度场模拟
会议名称：《2009年度全国复合材料力学研讨会》
会议日期：2009年
学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学]
基 金：国家自然科学基金面上项目(10702012) 国家重点基础研究发展计划973计划课题(2006CB601205) 国家自然科学基金项目基金重点项目(90816025)
关 键 词：软模 共固化工艺 复合材料格栅结构 多场耦合 数值模拟
摘 要：先进格栅结构(AGS)是指通过粘接等工艺将复合材料蒙皮固定在传统格栅结构的一侧或者两侧,使之能够共同承载的一类新型结构。该结构不仅具有复合材料层合板的优良性能,还具有空间开放性,抗屈曲,高损伤容限等许多优良的特点,受到航空航天,轮船等领域的青睐。早期的先进格栅结构生产是将已分别固化成型后的蒙皮与格栅通过胶粘后在热压釜中二次固化而成,存在成本高,生产周期长和界面性能低等缺点。近年提出的共固化工艺,即将蒙皮和格栅结构同时固化而成,不仅具有显著缩短生产周期和降低成本,还具有提高产品质量提高界面性能等优点,成为国内外的研究热点。其中,以硅橡胶为模具的软模共固化工艺尤为引人关注,该工艺中的软模具有能够在固化过程中产生膨胀压力以挤出产品中富余树脂,提高纤维体分比,降低孔隙及脱模方便等特点。复合材料生产中温度、压力、时间是决定产品质量的关键因素,如何在共固化工艺中确定先进格栅结构的温度历程和压力历程是共固化工艺成功的关键,也是目前亟待解决的问题和共固化工艺的难点。先进复合材料格栅结构固化过程是温度场,固化度场等物理场耦合作用的过程,如式1所示,且该耦合效应随着结构变化而改变,这也是数值模拟的重点与难点。目前,关于软模共固化工艺的相关研究成果仍处于贫乏状态,工程上多以试错方法确定出适合某一材料体系确定尺寸先进格栅结构的温度历程和压力历程,因此,存在成本高,生产周期长,产品质量不稳定等缺点。数值模拟通过模拟软模共固化工艺的工艺环境和工艺参数能实时地反映出先进格栅结构在固化过程中各个物理场的变化,避免了试错行为,直接为生产提供帮助。本文根据生产经验采用有限元方法对先进复合材料格栅结构软模共固化工艺过程进行了在数值仿真,分析了成型工艺中不同温度历程对复合材料网格结构中温度场和固化度场分布的影响,并将数值模拟结果与一实验结果进行了比较。