[发明专利]减小复合材料U型制件变形的方法

说明书

技术领域

本公开涉及复合材料加工领域，具体地，涉及一种减小复合材料U型制件变形的方法。

背景技术

连续纤维增强复合材料以比强度高、比模量大、耐腐蚀、疲劳性好、设计自由度强等特点已在航空航天领域广泛应用，正在逐步引入汽车、工业等领域，逐步替代部分结构的金属材料。目前复合材料的应用水平已逐步成为评价飞机、汽车先进性的一个重要指标。

但是复合材料制件在经历高温固化成型及冷却过程，基体树脂的化学反应收缩效应，以及复合材料与成型常用的金属对模模具材料的热膨胀系数存在显著的差异，由于材料的热胀冷缩效应，制件在室温下的自由状态与预期的理想形状之间会产生一定程度的不一致，即通常所说的制件固化变形。其变形程度在U型等非闭合截面结构尤为明显，严重影响制件的精度、装配工作。

目前主要存在两种改善变形的方法。第一种是针对单面工装成型工艺，利用有限元方法计算得出复合材料制件固化变形后的型面，然后通过型面的节点位移量补偿工装型面，减小复合材料制件的变形量，使其尺寸精度满足制件的公差要求。这种方法需要详实明确的固化工艺制度，制件的详细几何参数、材料参数、工装支撑结构与工装所用材料参数，所要要的数据量极其庞大，并且当前复合材料的有限元理论还不完善，难以建立足够详尽仿真分析数模，其计算结果往往偏差较大，误差一般难以控制在理想范围内。另外，若更改铺层或变更增强纤维，则需要完全重新计算，进行多轮迭代，然后根据计算得出的补偿结果重新加工模具。

第二种是根据模具加工修型人员的制作经验，进行打磨或补焊、堆积修补剂等工作来调整、修改工装，然后进行试模制作，对样件进行检验测试，根据改善情况再修改工装，直到之间变形量减小到符合制件的尺寸公差要求为止。该方法基本完全依据加工人员的经验，不能定量精确的把握修模程度，而且型面精度严重下降，一般需要反复多轮进行试错修模，研制成本非常高，周期也长。

发明内容

本公开的目的是提供一种减小复合材料U型制件变形的方法，该方法不需要通过长时间繁杂困难的计算得出模具型面，无需进行额外的有限元计算后重新开模，同时也不需要对模具进行反复修模。

为了实现上述目的，本公开提供一种减小复合材料U型制件变形的方法，所述复合材料U型制件为将具有正交铺层结构的纤维预制体进行成型后得到的具有U型结构的制件，该方法包括以下步骤：

a、按照对目标制件的铺层设计，将连续纤维进行铺层后制作连续纤维样件，测量所述连续纤维样件的U型开口尺寸K₁；

b、将所述铺层设计中的正交铺层全部替换为缎纹织物后制作缎纹织物样件，测量所述缎纹织物样件的U型开口尺寸K₂；

c、按照式(I)计算修正后的缎纹织物层数Q：

其中，N为所述缎纹织物样件中的缎纹织物的铺设层数，K₀为目标制件的U型开口要求尺寸；

d、按照正交铺层中的缎纹织物层数为Q、连续纤维层数为N-Q，制作修正后的U型制件，所述修正后的U型制件的U型开口尺寸满足公差要求。

可选地，步骤b中，制作缎纹织物样件时，将所述缎纹织物的纤维弯折少的一面面向U型结构内部进行铺设。

可选地，步骤d中，制作修正后的U型样件时，所述Q层缎纹织物正交铺层位于N-Q层连续纤维正交铺层的外侧。

可选地，该方法还包括：重复进行2次步骤a-b，测量得到K₁和K₁，以及K₂和K₂，，分别取K₁和K₁，、K₂和K₂，的平均值，记为和然后按照式(II)计算修正后的缎纹织物层数Q，：

然后按照缎纹织物正交铺层数为Q，、连续纤维正交铺层数为N-Q，，制作修正后的U型制件。