复合材料构件热压罐成型工装参数化设计及优化
发布时间：2020-12-19 19:50
由于先进复合材料性能优异且可设计性强,在飞机上取得大量应用,大型复合材料构件成型主要采用热压罐固化工艺。其中工装刚度、热惯量等性能对构件最终成型质量起到了决定性的作用,工装设计制造占据复合材料构件制造成本很大比例。本文针对目前复合材料构件热压罐成型工装设计效率低和工装材料成本高的问题,基于多学科优化平台mode FRONTIER,综合参数化CAD模型、有限元分析以及CFD分析,建立了复合材料构件热压罐成型工装参数优化设计流程,对工装进参数优化设计。论文主要工作如下:1)通过分析蒙皮类复合材料构件热压罐成型工装结构,确定设计参数,建立了工装的参数化模型。通过VB语言对CATIA进行二次开发,编写了工装参数化设计程序,实现了工装参数化建模。2)通过ABAQUS对工装不同工况下进行了力学分析,得到工装应力分布和变形分布规律。编写了 Python脚本程序实现ABAQUS的批处理操作,实现了工装有限元建模及后处理的自动化。3)建立了工装-热压罐的简化模型,通过前处理软件HyperMesh对工装-热压罐模型进行了网格划分,并编写了 Tcl脚本文件,实现了网格划分自动化。通过fluent对工装-热压...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?Ｂ７８７结构材料分布??
?２０?１??ａｅｒｆ，ＡｆＧ??图１．１?Ｂ７８７结构材料分布??军用、民用和轻型直升机均大量应用碳纤维复合材料，例如，Ｖ－２２旋翼飞??机复合材料使用量为５１％，美国武装直升机科曼奇（ＲＡＨ－６６）的复合材料使用??量为５０％，欧洲ＮＨ－９０直升机的复合材料使用量达到８０％，接近全复合材料结??构。??复合材料在飞机上用量增长趋势明显，如图１．２所示。??１００????ｗ???＿?Ｘ－４７??■军机?ｘ＿４５＃??８０－?？无人机??▲民机??▼直升机?Ｒ１＇４??＾?Ｖ－２２?ＲＡＨ６６?Ａ３５０ＸＷＢ??Ｓ?ＥＦ－２０００?Ｂ７８７??４０?－?■??亨?Ｒａｆａｌｅ??ｇ?．?■匕－２２?ａＡ３８０??２０＇?Ｆ－１８?▲?Ｂ７７７??Ｆ?ｈｃ?２?Ａ３４０?▲??Ｂ７４７．?Ｆ；１５?Ａ３１０??０?－?▲▲??Ｌ１０１１??ｉ?｜?＇?Ｉ?１?Ｉ?１?Ｉ?１??Ｉ９６０?１９７０?１９８０?１９９０?２０００?２０１０??年份??图１．２复合材料在飞机上用量??在结构应用上，最初阶段，复合材料主要应用在受力很小的结构上，如各类??口盖、整流罩、扰流板、舱门等。之后阶段，复合材料应用到受力较小的部件如??升降舵、方向舵、襟副翼等。逐渐发展到受力较大的部件，如垂尾、平尾等开始??３??
?第１章绪论??使用复合材料。目前，复合材料在主承力构件，如机翼、机身上取得应用［９＿１Ｑ］。??为Ａ３８０上的复合材料构件分布情况。图１．４为复合材料机翼蒙皮。图１．５为复??合材料机身段，复合材料机身结构的零部件数量很少，大大筒化了飞机装配工作。??變?ＣＦＲＰ?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?Ｔ＾ｉｌ?Ｐｌａｎｏ??Ｕｐｐｃ／?０？ｃｋ?Ｆｌｏｏｒ?Ｂ？ａｍｓ?／?Ｔａｉｌ?ｃｏｎｅ??ＣＦＲＰＯｕｌｅｒ?Ｆｌａｐｓ?ｊＭ??，?ｗｉｎ９ｆ，Ｍ?蜃??Ｕｎ－ｐｒｏｓｓｕｆｉ／ｅｄ?Ｆｉｔ＊ｅ（ｊ＾ｅ??、?＊?Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?Ｔａｉｌ?Ｐｌａｎｅ??＾ｍａＧ＾ｒｏ＾ｎ?；?Ｅｎ９．ｉｉｅ??Ｃｏｗｆｉｎｇｓ??Ｃｅｏｔｓｒ?Ｗｓａｇ?Ｓｏｘ?ｉｔ??Ｆｌａｐ?ｔｒａｃｋ；?ｐａｎｅｌｓ?，＞＊？?￣?Ｔ－？？?ｊ．?Ｒａａ？?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?Ｂｕｌｋｈｅａｄ??？?圆??＾ＡＩＲＢＵＳ??图１．３?Ａ３８０复合材料构件??图１．４复合材料机翼蒙皮??ｉ．碰＾Ｊ一一一?－…一??图１．５复合材料机身段??在复合材料构件制造工艺选择方面，倾向于整体成型方向。复合材料制造工??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料热压罐热流耦合数值模拟技术研究[J]. 李彩林,文友谊. 航空制造技术. 2017(19)
[2]飞行器结构用复合材料制造技术与工艺理论进展[J]. 顾轶卓,李敏,李艳霞,王绍凯,张佐光. 航空学报. 2015(08)
[3]大型复合材料构件热压罐成型温度分析与均匀性改善研究[J]. 林家冠,杨睿,王廷霞,詹东. 玻璃钢/复合材料. 2015(05)
[4]复合材料成型模具的数字化设计技术[J]. 査文陆,安鲁陵,王岩,黄曜峰,李红伟. 航空制造技术. 2015(09)
[5]飞机复合材料构件成型模具型板架参数化设计[J]. 田欢欢,安鲁陵. 航空制造技术. 2015(Z1)
[6]大型复杂框架式模具温度场模拟[J]. 白光辉,晏冬秀,张冬梅,邵严,周晖,刘奎,叶金蕊. 复合材料学报. 2013(S1)
[7]飞机复合材料构件模具数字化设计与制造技术[J]. 元振毅,王永军,魏生民,杨选宏,杨绍昌. 航空制造技术. 2013(10)
[8]模具对复合材料构件固化变形的影响分析[J]. 岳广全,张嘉振,张博明. 复合材料学报. 2013(04)
[9]大型复合材料成型工装热-结构耦合变形分析[J]. 吴建军,郭军. 航空制造技术. 2012(Z2)
[10]基于Abaqus和modeFRONTIER的复合材料结构优化设计方法[J]. 孔祥宏,王志瑾. 飞机设计. 2012(05)
博士论文
[1]基于CAD/CAE集成模型的塑料注射模优化设计系统[D]. 李庆.华中科技大学 2012
[2]复合材料构件热压罐成型工装设计关键技术研究[D]. 李桂东.南京航空航天大学 2010
硕士论文
[1]飞机复合材料制件热压罐成型温度场模拟与改善方法[D]. 傅承阳.南京航空航天大学 2013
[2]飞机复合材料构件热压罐成型温度场分析技术[D]. 于刚.南京航空航天大学 2011
[3]飞机复材零件热压罐成形复材工装设计技术[D]. 李德尚.南京航空航天大学 2010
[4]复合材料构件成型模具的参数化设计技术研究[D]. 张富官.南京航空航天大学 2009
本文编号：2926475
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?Ｂ７８７结构材料分布??
?２０?１??ａｅｒｆ，ＡｆＧ??图１．１?Ｂ７８７结构材料分布??军用、民用和轻型直升机均大量应用碳纤维复合材料，例如，Ｖ－２２旋翼飞??机复合材料使用量为５１％，美国武装直升机科曼奇（ＲＡＨ－６６）的复合材料使用??量为５０％，欧洲ＮＨ－９０直升机的复合材料使用量达到８０％，接近全复合材料结??构。??复合材料在飞机上用量增长趋势明显，如图１．２所示。??１００????ｗ???＿?Ｘ－４７??■军机?ｘ＿４５＃??８０－?？无人机??▲民机??▼直升机?Ｒ１＇４??＾?Ｖ－２２?ＲＡＨ６６?Ａ３５０ＸＷＢ??Ｓ?ＥＦ－２０００?Ｂ７８７??４０?－?■??亨?Ｒａｆａｌｅ??ｇ?．?■匕－２２?ａＡ３８０??２０＇?Ｆ－１８?▲?Ｂ７７７??Ｆ?ｈｃ?２?Ａ３４０?▲??Ｂ７４７．?Ｆ；１５?Ａ３１０??０?－?▲▲??Ｌ１０１１??ｉ?｜?＇?Ｉ?１?Ｉ?１?Ｉ?１??Ｉ９６０?１９７０?１９８０?１９９０?２０００?２０１０??年份??图１．２复合材料在飞机上用量??在结构应用上，最初阶段，复合材料主要应用在受力很小的结构上，如各类??口盖、整流罩、扰流板、舱门等。之后阶段，复合材料应用到受力较小的部件如??升降舵、方向舵、襟副翼等。逐渐发展到受力较大的部件，如垂尾、平尾等开始??３??
?第１章绪论??使用复合材料。目前，复合材料在主承力构件，如机翼、机身上取得应用［９＿１Ｑ］。??为Ａ３８０上的复合材料构件分布情况。图１．４为复合材料机翼蒙皮。图１．５为复??合材料机身段，复合材料机身结构的零部件数量很少，大大筒化了飞机装配工作。??變?ＣＦＲＰ?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?Ｔ＾ｉｌ?Ｐｌａｎｏ??Ｕｐｐｃ／?０？ｃｋ?Ｆｌｏｏｒ?Ｂ？ａｍｓ?／?Ｔａｉｌ?ｃｏｎｅ??ＣＦＲＰＯｕｌｅｒ?Ｆｌａｐｓ?ｊＭ??，?ｗｉｎ９ｆ，Ｍ?蜃??Ｕｎ－ｐｒｏｓｓｕｆｉ／ｅｄ?Ｆｉｔ＊ｅ（ｊ＾ｅ??、?＊?Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?Ｔａｉｌ?Ｐｌａｎｅ??＾ｍａＧ＾ｒｏ＾ｎ?；?Ｅｎ９．ｉｉｅ??Ｃｏｗｆｉｎｇｓ??Ｃｅｏｔｓｒ?Ｗｓａｇ?Ｓｏｘ?ｉｔ??Ｆｌａｐ?ｔｒａｃｋ；?ｐａｎｅｌｓ?，＞＊？?￣?Ｔ－？？?ｊ．?Ｒａａ？?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?Ｂｕｌｋｈｅａｄ??？?圆??＾ＡＩＲＢＵＳ??图１．３?Ａ３８０复合材料构件??图１．４复合材料机翼蒙皮??ｉ．碰＾Ｊ一一一?－…一??图１．５复合材料机身段??在复合材料构件制造工艺选择方面，倾向于整体成型方向。复合材料制造工??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料热压罐热流耦合数值模拟技术研究[J]. 李彩林,文友谊. 航空制造技术. 2017(19)
[2]飞行器结构用复合材料制造技术与工艺理论进展[J]. 顾轶卓,李敏,李艳霞,王绍凯,张佐光. 航空学报. 2015(08)
[3]大型复合材料构件热压罐成型温度分析与均匀性改善研究[J]. 林家冠,杨睿,王廷霞,詹东. 玻璃钢/复合材料. 2015(05)
[4]复合材料成型模具的数字化设计技术[J]. 査文陆,安鲁陵,王岩,黄曜峰,李红伟. 航空制造技术. 2015(09)
[5]飞机复合材料构件成型模具型板架参数化设计[J]. 田欢欢,安鲁陵. 航空制造技术. 2015(Z1)
[6]大型复杂框架式模具温度场模拟[J]. 白光辉,晏冬秀,张冬梅,邵严,周晖,刘奎,叶金蕊. 复合材料学报. 2013(S1)
[7]飞机复合材料构件模具数字化设计与制造技术[J]. 元振毅,王永军,魏生民,杨选宏,杨绍昌. 航空制造技术. 2013(10)
[8]模具对复合材料构件固化变形的影响分析[J]. 岳广全,张嘉振,张博明. 复合材料学报. 2013(04)
[9]大型复合材料成型工装热-结构耦合变形分析[J]. 吴建军,郭军. 航空制造技术. 2012(Z2)
[10]基于Abaqus和modeFRONTIER的复合材料结构优化设计方法[J]. 孔祥宏,王志瑾. 飞机设计. 2012(05)
博士论文
[1]基于CAD/CAE集成模型的塑料注射模优化设计系统[D]. 李庆.华中科技大学 2012
[2]复合材料构件热压罐成型工装设计关键技术研究[D]. 李桂东.南京航空航天大学 2010
硕士论文
[1]飞机复合材料制件热压罐成型温度场模拟与改善方法[D]. 傅承阳.南京航空航天大学 2013
[2]飞机复合材料构件热压罐成型温度场分析技术[D]. 于刚.南京航空航天大学 2011
[3]飞机复材零件热压罐成形复材工装设计技术[D]. 李德尚.南京航空航天大学 2010
[4]复合材料构件成型模具的参数化设计技术研究[D]. 张富官.南京航空航天大学 2009
本文编号：2926475
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