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模具對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件固化變形的影響論文
摘要:熱壓罐成型工藝是一個(gè)紛繁復(fù)雜的綜合性過程，很多復(fù)合材料構(gòu)件通常是由模具和負(fù)荷材料內(nèi)部構(gòu)件出現(xiàn)不匹配才會(huì)造成沿厚度方向與面內(nèi)各種固化參與應(yīng)力的發(fā)展，在得到固化后很多參與應(yīng)力會(huì)沿著構(gòu)件整體厚度方向開始發(fā)生變化。另外，殘余應(yīng)力分布不均勻也會(huì)對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件固化變形產(chǎn)生很大影響�；诖吮疚膶⒛＞邔�(duì)復(fù)合材料構(gòu)件固化變形的影響這個(gè)角度作為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)其展開深入、全面探討與論述。
關(guān)鍵詞：:模具;復(fù)合材料;固化工藝;殘余應(yīng)力
1緒論
熱壓罐在整體化成型過程當(dāng)中模具和復(fù)合材料構(gòu)件兩者之間的溫度如果發(fā)生不匹配的現(xiàn)象，在一定程度上將會(huì)造成符合材料構(gòu)件固化殘余應(yīng)力發(fā)生很大作用進(jìn)而造成固體發(fā)生變形。由于受到內(nèi)部壓力的影響復(fù)合材料內(nèi)部構(gòu)件會(huì)作用在模具表面，由于熱脹冷縮將會(huì)造成模具和復(fù)合材料兩者之間互相發(fā)生作用來造成復(fù)合材料構(gòu)件固化發(fā)生變形。
2對(duì)于模具和構(gòu)件相互作用機(jī)制分析
模具和復(fù)合材料構(gòu)件兩者是一種非常密切的關(guān)系，通常情況下，如果模具和復(fù)合材料構(gòu)件中的溫度膨脹系數(shù)出現(xiàn)不匹配時(shí)將會(huì)造成固化發(fā)生變形。［1］另外，很多與模具表面接近的符合材料中富樹脂纖維分布不均勻，在復(fù)合材料成型工藝過程當(dāng)中單面吸膠和抽真空出現(xiàn)不當(dāng)將會(huì)對(duì)工藝成型結(jié)果產(chǎn)生很大影響。一般情況下使用最多的方式是把預(yù)吸膠和真空嘴的合理位置來減小復(fù)合材料構(gòu)件接近模具端的富樹脂區(qū)。通過依照樹脂基體中的凝膠點(diǎn)與玻璃溫態(tài)溫度來把整個(gè)工藝成型過程分為以下三個(gè)不同階段:黏性液體、彈性固體與發(fā)生變化的彈性固體狀態(tài)。當(dāng)樹脂基體處在黏性液體這個(gè)階段是，由于樹脂是一種液體具有一定流動(dòng)性，所以符合材料構(gòu)件和模具兩者之間的發(fā)生的作用就會(huì)非常小，然而在樹脂處于彈性固體階段時(shí)，復(fù)合材料內(nèi)部構(gòu)件會(huì)出現(xiàn)一種非常大的模量，當(dāng)模具和復(fù)合材料兩者之間產(chǎn)生剪切應(yīng)力時(shí)，這個(gè)時(shí)候復(fù)合材料內(nèi)部構(gòu)件會(huì)出現(xiàn)一種拉應(yīng)力，然而在其整個(gè)厚度方向分布上還是處于一種均勻狀態(tài)，并不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力梯度的發(fā)生，在對(duì)其進(jìn)行脫模之后構(gòu)件會(huì)由彈性逐漸開始發(fā)生變形最終會(huì)恢復(fù)到原始狀態(tài)，并不會(huì)引起符合材料構(gòu)件出現(xiàn)翹曲變形的情況發(fā)生。
3關(guān)于模具對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件固化變形的影響探究
3．1關(guān)于使用光纖光柵方法來說明模具和復(fù)合材料的關(guān)系和作用分析
光纖布拉格光柵是一種現(xiàn)代化、創(chuàng)新型技術(shù)，通常情況下這種方式的工作原理是通過測(cè)量布拉格中心反射峰波長產(chǎn)生的變化來得到被測(cè)量相關(guān)信息參數(shù)。通過引起光纖光柵發(fā)生折射率的變化來造成布拉格波長發(fā)生不同程度的變化，尤其應(yīng)變?cè)诠饫w光柵上發(fā)生作用之后，整個(gè)光柵形態(tài)會(huì)開始出現(xiàn)拉伸變化。與此同時(shí)光彈效應(yīng)在一定程度上也會(huì)造成折射率出現(xiàn)不同程度的變化，除此之外，當(dāng)溫度場(chǎng)在光纖光柵上面發(fā)生作用時(shí)，光纖材料會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮的現(xiàn)象，進(jìn)而造成很多熱量來發(fā)生變化，并且纖芯折射率在很大程度上會(huì)伴隨著溫度的升高或者降低出現(xiàn)很大變化。在測(cè)定光纖光柵中的應(yīng)變靈敏系數(shù)與溫度靈敏系數(shù)時(shí)，可以通過應(yīng)變與溫度變化來造成布拉格中心波長發(fā)生漂移。［2］要想讓光纖光柵中的布拉格波長發(fā)生變化，在對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過程當(dāng)中必須獲取同一時(shí)刻中的構(gòu)件溫度，相關(guān)工作人員應(yīng)該在構(gòu)件內(nèi)部埋設(shè)熱電偶來監(jiān)測(cè)固化過程當(dāng)中的溫度變化，光纖布拉格光柵和熱電偶采集到的各種信息監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通常情況下是由解調(diào)儀與信息數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換來與計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效連接，然后再通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序來對(duì)其進(jìn)行綜合記錄。
3．2關(guān)于復(fù)合材料成型工藝固化過程分析
復(fù)合材料成型工藝過程是一個(gè)綜合性復(fù)雜過程。通常情況下，不同類型工藝之間都存在各種優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。對(duì)于熱固性樹脂復(fù)合材料成型技術(shù)一般都會(huì)選擇使用熱壓罐成型、樹脂傳遞模型或者真空輔助灌注這種方式成型。一般情況下，固化工藝過程當(dāng)中的很多復(fù)合材料通常會(huì)經(jīng)過以下幾個(gè)過程:首先，流動(dòng)階段，這個(gè)階段中的樹脂整體粘度非常小，大部分樹脂一般都處于一種流動(dòng)性液體狀態(tài)。在相關(guān)壓力的作用之下，很多預(yù)浸料層之前的大量空氣會(huì)被擠出，預(yù)成型體也會(huì)進(jìn)一步得到壓實(shí)。另外還可以使用吸膠鋪貼的方式來進(jìn)行操作，吸膠會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)吸收很多溢出到外部的樹脂。并且會(huì)隨著溫度的持續(xù)不斷提升樹脂的整體固化度也會(huì)進(jìn)一步得到增加，整個(gè)樹脂固化度也會(huì)進(jìn)一步得到增加。并且粘度會(huì)開始越來越大，這個(gè)時(shí)候的樹脂整體流動(dòng)性就會(huì)變得越來越困難，在達(dá)到固定的凝膠點(diǎn)時(shí)樹脂就會(huì)開始處于一種停止?fàn)顟B(tài)，并且還會(huì)對(duì)復(fù)合材料的整體厚度與纖維體積造成很大影響。其次，凝膠玻璃化階段，這個(gè)階段的工藝溫度在一定程度上會(huì)大于樹脂玻璃化中轉(zhuǎn)變的溫度，當(dāng)復(fù)合材料處于橡膠狀態(tài)時(shí)期時(shí)，整個(gè)樹脂溫度會(huì)持續(xù)走高并且樹脂的固化速度也會(huì)進(jìn)一步加快，與此同時(shí)樹脂在固化的過程當(dāng)中內(nèi)部的大量分子也開始發(fā)生很大變化。雖然，高溫狀態(tài)下樹脂的粘彈性會(huì)非常強(qiáng)，然而處于這個(gè)階段的松弛時(shí)間卻非常小，這種樹脂狀態(tài)和玻璃狀態(tài)相比較倆或整體模量并不是很大。處于凝膠和玻璃化狀態(tài)的樹脂固化反應(yīng)非常激烈，尤其在接近玻璃化點(diǎn)時(shí)大量樹脂會(huì)表現(xiàn)出一種非常強(qiáng)的黏彈性，樹脂固化收縮也是在這個(gè)階段發(fā)生的。最后，脫模階段，復(fù)合材料構(gòu)件在發(fā)生脫模之后會(huì)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行切割和修整，在對(duì)其進(jìn)行其他操作是也會(huì)影響整個(gè)構(gòu)件的殘余應(yīng)力。
4總結(jié)
復(fù)合材料和模具兩者之間的匹配程度在很大程度將會(huì)影響復(fù)合材料構(gòu)件固化發(fā)生變形的程度，并且在這個(gè)成型過程當(dāng)中發(fā)生應(yīng)變還會(huì)引起其他構(gòu)件固化之后的翹曲變形的情況發(fā)生，因此，相關(guān)工作人員一定要掌握好復(fù)合材料和模具之間的匹配程度。
參考文獻(xiàn):
�。�1］王仁宇，關(guān)志東，王乾，等．復(fù)合材料Ⅴ型構(gòu)件的固化變形預(yù)測(cè)及其工裝型面設(shè)計(jì)［J］．材料導(dǎo)報(bào)，2017，31(2):130-135．
�。�2］劉林鑫，叢晶潔，劉凱，等．非熱壓罐工藝模具對(duì)復(fù)合材料加筋壁板固化變形影響的有限元分析［J］．復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2018，35(2):347-355．
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