仿真軟件在航空典型結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用

摘 要 針對目前仿真軟件在航空典型結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用缺陷，文章分析了仿真軟件在航空典型結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用過程以及工藝檢驗(yàn)技術(shù)，并提出了影響軟件應(yīng)用的問題因素。其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】仿真軟件 航空典型結(jié)構(gòu)件 VARI 流道布局影響

1 引言

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，人們對航空業(yè)建設(shè)的穩(wěn)定性需求越來越高。然而，在生產(chǎn)航空典型結(jié)構(gòu)件過程中，由于涉及的材料技術(shù)工藝復(fù)雜，使得其制造成本阻礙了航空業(yè)快速穩(wěn)定的發(fā)展進(jìn)程。基于此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)在明確研究其制造工藝技術(shù)應(yīng)用重要性的前提下，找出工藝技術(shù)應(yīng)用的最佳過程和結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的最佳途徑。

2 研究仿真軟件在航空典型結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用的重要性

在航空領(lǐng)域中樹脂基等復(fù)合材料因其具備高比模量和高比強(qiáng)度的作用優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于實(shí)踐。然而，隨著該類材料應(yīng)用技術(shù)研究的不斷深入，其使用成本較高的缺陷問題日益突出。在此行業(yè)狀態(tài)下，開發(fā)出一種樹脂基復(fù)合材料的新型成形方法，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)航空業(yè)快速穩(wěn)定發(fā)展的急需解決問題。VARI（Vacuum Assisted Resin Infusion），是一種在真空狀態(tài)下利用單面模具，將樹脂浸潤于纖維后固化成型的工藝方法。該工藝方法的應(yīng)用不僅能夠使樹脂基復(fù)合材料在低溫固化、熱壓罐以及結(jié)構(gòu)件整體性的條件要求下實(shí)現(xiàn)成型，還能作用于零孔隙含量的航空典型結(jié)構(gòu)件成型。因此，其被譽(yù)為生產(chǎn)航空典型結(jié)構(gòu)件的制造工藝中最具發(fā)展?jié)摿Φ墓に嚰夹g(shù)。然而，在該工藝技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，其存在制造復(fù)雜、涉及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多以及工藝規(guī)范要求高的問題特點(diǎn)，這就在一定程度上阻礙了技術(shù)普及的發(fā)展進(jìn)程?；诖耍嚓P(guān)建設(shè)人員應(yīng)通過仿真軟件來提高VARI工藝方法成型的過程效率，從而滿足航空業(yè)發(fā)展對典型結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用需求。

3 仿真軟件在航空典型結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用過程及工藝驗(yàn)證

3.1 應(yīng)用過程

相關(guān)研究表明，VARI在成型復(fù)合材料構(gòu)件工藝的過程中，容易受零件外型尺寸、結(jié)構(gòu)形式、流道布局以及鋪層設(shè)計(jì)等因素的影響。因此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)通過控制工藝技術(shù)應(yīng)用的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，來提高VARI工藝技術(shù)應(yīng)用的穩(wěn)定性。這是縮短航空典型結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)制造周期以及控制生產(chǎn)制造成本的關(guān)鍵。具體來說，航空典型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造人員可采用PAM-RTM仿真軟件來實(shí)現(xiàn)VARI成型工藝的實(shí)際應(yīng)用過程。

3.2 工藝驗(yàn)證

仿真軟件在VARI成型工藝技術(shù)中的應(yīng)用，需要通過相關(guān)的工藝驗(yàn)證，來保證樹脂基復(fù)合材料的作用穩(wěn)定性。據(jù)現(xiàn)有仿真軟件技術(shù)的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)建設(shè)人員應(yīng)將樹脂的浸潤時(shí)間控制在7200s，并與仿真軟件模擬的6800s相一致。這樣一來，就能保證生產(chǎn)出的航空典型結(jié)構(gòu)件能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

4 影響仿真軟件在航空典型結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用因素

4.1 流道布局影響

結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)制造的流道布局將直接影響VARI工藝技術(shù)的作用效果。因此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)在明確其可能受到的影響因素基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)樹脂成型以及浸潤預(yù)成型體內(nèi)纖維的目標(biāo)。相關(guān)研究表明，流道布局設(shè)計(jì)的問題主要體現(xiàn)在：設(shè)計(jì)不合理，這就會(huì)使得纖維體無法進(jìn)行浸潤、流道發(fā)生堵塞。在此情況下，樹脂復(fù)合材料將難以在纖維預(yù)成型體內(nèi)流動(dòng)，成型后的典型結(jié)構(gòu)件表面也會(huì)出現(xiàn)干斑、氣孔以及貧膠等質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重的甚至?xí)斐闪慵膱?bào)廢。因此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)在保證仿真軟件設(shè)計(jì)出的流道布局合理性的狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)樹脂材料的作用價(jià)值。

4.2 零件結(jié)構(gòu)與鋪層變化對纖維滲透率的影響

在應(yīng)用VARI、RTM以及RFI進(jìn)行液體成型工藝生產(chǎn)的過程中，樹脂在纖維中的流動(dòng)狀態(tài)是直接影響航空典型結(jié)構(gòu)件使用效果的關(guān)鍵因素。而樹脂滲透于纖維的滲透率是影響樹脂流動(dòng)狀態(tài)的主要控制因素，其能夠直接反映樹脂在纖維層中流動(dòng)過程的難易程度。由此可以看出，滲透率的確定對VARI工藝有著至關(guān)重要的影響。相關(guān)研究表明，滲透率是由材料纖維中的物理特性及纖維層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來決定的。但實(shí)際零件的鋪層和結(jié)構(gòu)形式變化均會(huì)造成零件局部纖維滲透率的改變，準(zhǔn)確掌握零件不同部位滲透率的變化對樹脂流道設(shè)計(jì)至關(guān)重要。此外，典型件的實(shí)際滲透率分布受纖維鋪層設(shè)計(jì)和外形結(jié)構(gòu)的影響較大。因此，在進(jìn)行流道設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)在低滲透率的技術(shù)作用過程中，布置快速流道的，這就有效避免了干斑點(diǎn)的產(chǎn)生。

4.3 重力影響

在利用VARI工藝技術(shù)進(jìn)行航空典型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，由于模具設(shè)計(jì)或模具擺放位置的影響，這就容易使纖維預(yù)成型體的位置與模擬時(shí)的位置出現(xiàn)偏差。在此情況下，VARI在進(jìn)行工藝成型時(shí)，其仿真軟件模擬時(shí)的重力方向就與實(shí)際的重力存在差異。因此，相關(guān)建設(shè)人員可通過改變預(yù)成型體擺放位置以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案調(diào)整，來避免實(shí)際重力方向與模擬重力方向出現(xiàn)的差異。此外，技術(shù)應(yīng)用人員還要控制好參考點(diǎn)位置以及模擬參考點(diǎn)位置的作用結(jié)果，從而降低重力方向?qū)渲檿r(shí)間所帶來的影響。在一些樹脂浸潤較快的區(qū)域，其重力作用影響并不明顯，其浸潤時(shí)間的差異主要集中在浸潤時(shí)間較長，樹脂流動(dòng)前鋒最后到達(dá)的區(qū)域，通常該處也是容易產(chǎn)生缺陷的區(qū)域。如果忽略重力因素的影響，可能會(huì)導(dǎo)致上述區(qū)域纖維浸潤不完全，甚至形成干斑，影響零件質(zhì)量。值得注意的是，通過模擬得出的最短時(shí)間和最長時(shí)間相差約8%。而對于成型大型復(fù)合材料構(gòu)件的工藝技術(shù)過程，即使是8%的時(shí)間也是忽略不計(jì)的。

5 結(jié)束語

通過前面的研究論述，仿真軟件在航空典型結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用需注意以下幾點(diǎn)。首先，仿真軟件在航空典型結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用過程，需通過控制工藝技術(shù)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，來提高VARI工藝技術(shù)應(yīng)用的穩(wěn)定性；其次，工藝驗(yàn)證要保證樹脂復(fù)合材料的浸潤時(shí)間與仿真軟件模擬的時(shí)間相一致；最后，對于VARI工藝技術(shù)的重力影響，可通過滲透率以及浸潤時(shí)間來進(jìn)行有效控制。

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作者單位

中國人民解放軍96630部隊(duì) 北京市 102200