专利名称：各向异性复材制件热压罐成形复材工装模板设计方法
技术领域：
本发明涉及流程简单，所用到的参数都为单层材料的属性，易于获得。
图1为复材工装和金属工装热压罐成形各向异性复合材料制件过程示意图。图中可明显看出，在固化温度时，金属工装成形的制件在参考方向上形状比较匹配，在垂直于参考方向上，形状出现较大的偏差，成形精度低；利用复材工装，通过模板铺层设计的优化，可实现各向膨胀变形的匹配，成形精度高。
图2为复合材料工装设计流程。
具体实施例方式 采用低温成形高温使用的复合材料作工装模板材料，由各向异性复合材料制件的铺层信息，通过方案中的热膨胀系数的计算公式进行计算，求得各向异性复合材料制件各个方向上的热膨胀系数，以此为基础，进行复合材料工装模板铺层设计，再进行工装的热膨胀系数计算，通过制件和工装的各向热膨胀系数的比较，优化工装模板铺层设计，最终达到工装与制件在各个方向上的热膨胀系数匹配。
权利要求
1.一种各向异性复合材料制件热压罐成形复合材料工装设计方法，适用于热压罐成形复合材料制件的固化工艺曲线和铺层信息已知的前提条件下进行，具体方法如下
第一步由已知的制件铺层信息及工程常量，通过计算获得制件各个方向上的热膨胀系数；
第二步采用低温成形高温使用的复合材料制造工装模板，根据制件的热膨胀系数，设计工装模板的铺层方式，使制件和工装的各向热膨胀系数相匹配，绝对误差小于10％，通过计算，若两者的热膨胀系数超出误差范围，则重新进行铺层设计，从而使两者的变形一致；
上述第一步、第二步涉及公式如下
对于制件为单向纤维增强的层合板
已知EL，ET为单向板的横向、纵向的弹性模量；vLT，vTL为面内的泊松比；GLT为面内剪切模量；令m＝(1-vLTvTL)-1，得单向板的刚度矩阵
其中
Q11＝mEL (3)
Q22＝mET
Q66＝GLT
Q12＝mvLTEL
Q21＝mvTLET
式中，m＝cosθ，n＝sinθ，θ为铺层角；
其中tk＝zk-zk-1，为第k层的厚度；zk是第k层的坐标。
由式(4)，(5)得单向纤维增强的复合材料热膨胀系数
式中
[A]-为叠层材料的拉压刚度矩阵；
-为单层偏轴刚度矩阵；
αk-为叠层材料中第k层的热膨胀系数；
对于制件为编织物增强的层合板
已知E1、E2分别为单层编织物的横向、纵向的弹性模量；v12，v23分别为1-2、2-3平面内的泊松比；G12为1-2平面内剪切模量；
编织物增强复合材料的柔度矩阵
由[S]可得[Q]
其中
S＝S11S22S33-S11S232-S22S132-S33S122+2S12S23S13
转置矩阵
如果各层厚度相同，则为
全文摘要
本发明涉及一种各向异性复合材料制件热压罐成形复合材料工装模板设计方法，属于各向异性复合材料制件热压罐成形工装设计技术领域。该方法采用低温成形高温使用的复合材料制造工装模板，由已知的制件铺层信息及工程常量，计算获得制件各个方向上的热膨胀系数；再根据制件的热膨胀系数，设计复合材料工装模板的铺层方式，使制件和工装的各向热膨胀系数相匹配，绝对误差小于10％，通过计算，若两者的热膨胀系数超出误差范围，则重新进行铺层设计，从而使两者的变形一致。本发明提供的设计方法，解决了热压罐成形过程中各向异性复合材料制件与工装模板各向热膨胀系数难以匹配的问题，提高了制件精度，保证了产品质量。
文档编号G06F17/50GK101794332SQ20101010562
公开日2010年8月4日 申请日期2010年2月4日 优先权日2010年2月4日
发明者李迎光, 万世明, 王红星, 李德尚, 于刚, 张吉, 傅浩杰, 傅承阳 申请人:南京航空航天大学