专利名称：复合材料制件热压罐成型制件温度补偿方法
技术领域：
本发明属于复合材料热压罐成型技术领域，特别涉及复合材料热压罐成型过程制件温度补偿方法。
背景技术：
碳纤维增强树脂基复合材料因其高比强度、高比刚度、耐腐蚀、可设计等优点，获得了航空业的广泛应用，其用量已成为飞机先进性标志之一。目前，国内航空企业主要采用热压罐成型工艺制造复合材料构件。在复合材料制件热压罐成型过程中，对制件温度场的均勻性有着很高的要求，制件温差过大会导致复合材料制件固化不均勻、制件变形等一系列问题。现阶段，保证温度场均勻的主要方法是降低升温速率，增设保温平台，以此来降低温差。但是这种方法降低了生产效率，增加了生产成本，需要很强的经验进行指导，而且对于那些结构复杂的工装，往往不能满足生产要求；另外，可以通过对工装结构进行优化来控制制件的温差，但对于结构比较复杂的工装，制件某些位置的升温速率仍然很低，导致该位置的温度较低，制件温差大，优化的结果不能满足生产要求。因此，本发明人针对目前在复合材料制件成型过程中的不足进行深入研究，并经多次改进，本案由此产生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种复合材料制件热压罐成型制件温度补偿方法，其可控制制件的温差，保证温度场的均勻性，降低生产成本。本发明为解决以上技术问题，所采用的技术方案是一种复合材料制件热压罐成型制件温度补偿方法，利用加热器对制件温度较低的位置进行加热，实现温度补偿。上述温度补偿方法包括如下步骤(1)对热压罐模型进行简化，划分网格，通过温度场模拟软件模拟复合材料制件热压罐成型过程中制件温度场；(2)根据模拟的温度场确定温度最大值点的位置，以及各个温度极小值点的位置；(3)确定需安装的加热器的个数和位置；(4)确定温度最大值点在各时刻与各温度极小值点的温度差值；(5)确定各个加热器的放热速率函数；(6)将各个加热器的放热速率函数引入三维热传导方程，进行模拟计算，得到优化后的温度场；(7)若优化的温度场仍然不满足要求，重复步骤⑴ 步骤(5)，直至制件温度场满足要求。
上述步骤(1)中，采用HyperMesh进行网格划分的步骤为(11)从CATIA中导出工装、制件和热压罐的几何模型，然后导入到HyperMesh中；(12)进行几何清理，整合碎面，去除小圆倒角、抑制不需要的线等；(13)划分网格，先将工装分区，用支撑的与工装接触面的形状对工装下表面进行分区，分区后，工装下表面被分割成多个方格，各方格之间的区域就是支撑的截面形状；对分区后的工装面划分二维网格，然后将各方格的二维网格进行拉伸成实体网格，拉伸的高度为支撑的高度，将由方格二维网格拉伸成的实体网格之间的空隙划分实体网格，就得到支撑的实体网格；(14)将工装下表面二维网格向上偏移一个工装厚度的距离得到工装三维网格，再将工装上表面网格向上偏移一个制件厚度的距离就得到制件的三维网格；(15)最后，将已划分的网格拉伸到热压罐的各个面就完成了热压罐区域内网格的划分。上述步骤O)中，确定温度最大值点与温度极小值点的方法是根据模拟的制件等温线云图确定温差最大的时刻，确定该时刻温度最大值点的等温线位置和温度极小值点的等温线位置，并对各个极小值点的位置进行编号i = 1,2,3,…，N，N是温度极小值点的个数。上述步骤(3)中，将加热器的个数与温度极小值点的个数相同，并将加热器安装在步骤O)中所述温度极小值点位置所对应的工装背部，与工装背部表面相贴合。上述步骤(4)的内容为将前述步骤(2)中确定的所有位置在各个时刻点的温度值分段拟合成“温度-时间”的函数，并将最大值温度函数减去各极小值温度函数，得到各个极小值温度与最大值温度的差值T。ha(t)i，i = 1,2,3,…，N，其中N是温度极小值点的个数，i是温度极小值点的编号。上述步骤(5)中确定放热速率函数Ai (t)的表达式为
权利要求
1.一种复合材料制件热压罐成型制件温度补偿方法，其特征在于利用加热器对制件温度较低的位置进行加热，实现温度补偿。
2.如权利要求1所述的复合材料制件热压罐成型制件温度补偿方法，其特征在于包括如下步骤(1)对热压罐模型进行简化，划分网格，通过温度场模拟软件模拟复合材料制件热压罐成型过程中制件温度场；(2)根据模拟的温度场确定温度最大值点的位置，以及各个温度极小值点的位置；(3)确定需安装的加热器的个数和位置；(4)确定温度最大值点在各时刻与各温度极小值点的温度差值；(5)确定各个加热器的放热速率函数；(6)将各个加热器的放热速率函数引入三维热传导方程，进行模拟计算，得到优化后的温度场；(7)若优化的温度场仍然不满足要求，重复步骤(1) 步骤(5)，直至制件温度场满足要求。
3.如权利要求1所述的复合材料制件热压罐成型制件温度补偿方法，其特征在于所述步骤(1)中，采用HyperMesh进行网格划分的步骤为(11)从CATIA中导出工装、制件和热压罐的几何模型，然后导入到HyperMesh中；(12)进行几何清理，整合碎面，去除小圆倒角、抑制不需要的线等；(13)划分网格，先将工装分区，用支撑的与工装接触面的形状对工装下表面进行分区， 分区后，工装下表面被分割成多个方格，各方格之间的区域就是支撑的截面形状；对分区后的工装面划分二维网格，然后将各方格的二维网格进行拉伸成实体网格，拉伸的高度为支撑的高度，将由方格二维网格拉伸成的实体网格之间的空隙划分实体网格，就得到支撑的实体网格；(14)将工装下表面二维网格向上偏移一个工装厚度的距离得到工装三维网格，再将工装上表面网格向上偏移一个制件厚度的距离就得到制件的三维网格；(15)最后，将已划分的网格拉伸到热压罐的各个面就完成了热压罐区域内网格的划分。
4.如权利要求1所述的复合材料制件热压罐成型制件温度补偿方法，其特征在于所述步骤O)中，确定温度最大值点与温度极小值点的方法是根据模拟的制件等温线云图确定温差最大的时刻，确定该时刻温度最大值点的等温线位置和温度极小值点的等温线位置，并对各个极小值点的位置进行编号i = 1,2,3,…，N，N是温度极小值点的个数。
5.如权利要求1所述的复合材料制件热压罐成型制件温度补偿方法，其特征在于所述步骤C3)中，将加热器的个数与温度极小值点的个数相同，并将加热器安装在步骤(2)中所述温度极小值点位置所对应的工装背部，与工装背部表面相贴合。
6.如权利要求1所述的复合材料制件热压罐成型制件温度补偿方法，其特征在于所述步骤的内容为将前述步骤O)中确定的所有位置在各个时刻点的温度值分段拟合成“温度-时间”的函数，并将最大值温度函数减去各极小值温度函数，得到各个极小值温度与最大值温度的差值T。ha(t)i; i = 1,2,3,…，N，其中N是温度极小值点的个数，i是温度极小值点的编号。
7.如权利要求1所述的复合材料制件热压罐成型制件温度补偿方法，其特征在于所述步骤(5)中确定放热速率函数Ai (t)的表达式为
8.如权利要求1所述的复合材料制件热压罐成型制件温度补偿方法，其特征在于所述步骤(6)的内容为对热压罐、工装、制件进行网格划分，将加热器区域设置成子域热源项，根据步骤(5)中求解出的放热速率函数，通过编程在温度场模拟软件中设置加热器区域的放热速率，将放热速率函数引入三维热传导方程，模拟得到优化后的制件温度场。
全文摘要
本发明公开一种复合材料制件热压罐成型制件温度补偿方法，利用加热器对制件温度较低的位置进行加热，实现温度补偿；步骤为对热压罐模型进行简化，划分网格，通过温度场模拟软件模拟复合材料制件热压罐成型过程中制件温度场；根据模拟的温度场确定温度最大值点的位置，以及各个温度极小值点的位置；确定需安装的加热器的个数和位置；确定温度最大值点在各时刻与各温度极小值点的温度差值；确定各个加热器的放热速率函数；将各个加热器的放热速率函数引入三维热传导方程，进行模拟计算，得到优化后的温度场；若优化的温度场仍然不满足要求，重复前述步骤，直至制件温度场满足要求。此方法可控制制件的温差，保证温度场的均匀性，降低生产成本。
文档编号B29C70/54GK102390121SQ20111031770
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者傅承阳, 张吉, 李楠垭, 李迎光, 杭翔 申请人:南京航空航天大学