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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种考虑重力作用下树脂沉降的网格结构固化变形预测方法。该方法通过在固化变形预测模型中融入了整体树脂分布模型和硅胶软模边界作用力模型，这充分考虑了网格结构构件在固化过程中整体树脂分布以及硅胶软模作用下复合材料的粘附力的影响，从而可以精确预测网格结构构件的固化变形。

主权项：1.一种考虑重力作用下树脂沉降的网格结构固化变形预测方法，其特征在于，基于ABAQUS软件，包括：获取待预测的网格结构构件的输入参数；其中，预浸料固化成型后形成网格结构构件；将所述输入参数输入到预先构建的固化变形预测模型中，得到待预测的网格结构构件的固化变形的预测结果；其中，所述固化变形预测模型包括热模型、固化动力学模型、树脂黏度模型、粘弹性本构模型、整体树脂分布模型、硅胶软模边界作用力模型，硅胶软模为网格结构构件的固化成型模具，所述整体树脂分布模型用于表征网格结构构件在固化过程中整体树脂分布，所述硅胶软模边界作用力模型用于表征硅胶软模作用下复合材料的粘附力的影响；所述输入参数包括预浸料的密度、预浸料的热传导系数、预浸料的比热容、硅胶软模的热膨胀系数、纤维体积分数、预浸料的铺缠张力、预浸料的温度和外界施加的压力；所述热模型为： 式中，ρ为预浸料的密度，C为预浸料的比热容，T为预浸料的温度，kx1、ky1、kz1依次为预浸料沿x、y、z方向的热传导系数，Q为树脂的固化反应热，ρr为树脂的密度，Vr为树脂的体积分数，Hr为树脂完全固化反应后单位质量树脂放出的总热量，为树脂的固化反应速率，其中α为树脂的固化度，取值范围为[0，1]，0代表固化过程开始，1代表固化过程结束；所述固化动力学模型为： 式中，k为速率常数，p和q依次为第一反应级数和第二反应级数；所述树脂黏度模型为： 式中，μ为树脂的黏度，μ0为黏度常数，U为黏性流动的活化能，R为气体普适常数，K为与碳纤维和树脂发生的交联反应相关的常数；所述粘弹性本构模型为： 式中，σit为预浸料在t时刻的应力分量，是t时刻的完全松弛刚度矩阵，即由储能模量构成的刚度矩阵，为t时刻松弛刚度矩阵，即由耗散模量构成的刚度矩阵，αt为树脂在t时刻的固化度，Tt为预浸料在t时刻的温度，Wm为第m支Maxwell单元的权重系数，Maxwell单元用于描述预浸料在固化过程中的本构行为，τm为第m支Maxwell单元的松弛时间，为预浸料的机械应变，aT为温度转换因子；所述整体树脂分布模型为：σ+ρrgh＝Pr+Pf 式中，σ为外界施加的压力，g为重力加速度，h为高度，网格结构固化时最低点为0，Pr为树脂压力，Pf为预浸料承担的有效应力，mv为体积变化系数，kx2、ky2、kz2依次为树脂沿x、y、z方向的渗透率，Vf为纤维体积分数，kl为Carman-Kozeny常数，kt为修正的Carman-Kozeny常数，rf为纤维半径，Va为复合材料的体积常数，a0、e0、a和b均为经验常数；所述硅胶软模边界作用力模型包括挤压应力模型和剪切应力模型，其中：所述挤压应力模型是基于复合材料的热膨胀系数和硅胶软模的热膨胀系数计算得到的；所述剪切应力模型为： 式中，τ为预浸料与硅胶软模接触面的剪切应力，x为筋条的表面到预浸料的横截面上某一点的距离，G为树脂的剪切模量，α1为复合材料的热膨胀系数，α2为硅胶软模的热膨胀系数，ΔT为固化过程中界面温度与室温之差，t’为剪切层的厚度，L为筋条的厚度，E为树脂的弹性模量，h1为剪切层到预浸料的横截面上某一点的距离，h2为被筋条包围的一个软模单元的中心到筋条的距离，Wmax为层合板最大翘曲量，L’为层合板的长度，tl为层合板的厚度。

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