Виртуальный инжиниринг

Расчет короблений композиционной конструкции с сотовым заполнителем

В данной статье будет рассмотрена задача по расчету короблений и остаточных напряжений на примере простой геометрии. В образце присутствует 8 слоев препрега из углеткани марки Hexcel. Особенностью примера является наличие внутри сотового заполнителя.

На первом этапе расчета была построена объемная конечно элементная модель в программе Visual-Mesh. Количество элементов в модели - 6060 гексаэдров. Далее было задано ориентирование и свойства материалов.

Рис 1. Изображение модели с сотопластом

                Затем было проведено моделирование нагрева и полимеризации в программе PAM-RTM, после добавления граничного условия с температурным циклом отверждения (рис.2). В результате были получены величины степени и скорости полимеризации, а также распределение температуры по ходу процесса.

Полимеризация образца проходила по следующему температурному циклу (рис.2): плавный нагрев изделия от комнатной температуры до 180 градусов за 1 час, выдержка изделия при данной температуре в течение одного часа, охлаждение изделия до комнатной температуры за 1 час и выдержка при комнатной температуре в течение 20 минут.

Рис.2 Температурный цикл полимеризации

                Следующим этапом был проведен анализ конструкции на деформации и остаточные напряжения после полимеризации. В основе анализа лежали изменения степени полимеризации в ходе нагрева и выдержки изделия и механических свойств препрега и сотового заполнителя. В результате было получено распределение напряжений и деформаций в образце.

Рис.3 Деформация образца после полимеризации

В итоге моделирование позволило оценить степень полимеризации и определить максимальную величину короблений – 1.225 мм.

Данный пример – учебный. В случае рабочего расчета после сравнения полученных данных с допустимыми значениями, можно сделать вывод о соответствии требованиям, либо о необходимости снижения коробления, например, с помощью:

  • изменения температурного цикла (использовать двойной температурный цикл с целью релаксации напряжений в ходе полимеризации изделия),
  • изменения драпировки или материала изделия для увеличения механических свойств,
  • изменения материала оснастки,

и провести новый расчет в программе.

Таким образом моделирование в PAM-COMPOSITE позволяет проанализировать различные варианты технологий и выбрать оптимальный для изготовления изделий, соответствующих требованиям.