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淺談仿真軟件在航空典型結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用論文
隨著我國市場經(jīng)濟發(fā)展進程的不斷加快，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)域中樹脂基等復合材料因其具備高比模量和高比強度的作用優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于實踐。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)出一種樹脂基復合材料的新型成形方法，已經(jīng)成為實現(xiàn)航空業(yè)快速穩(wěn)定發(fā)展的急需解決問題。VARI(VacuumAssisted 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)的實際應(yīng)用過程中，其存在制造復雜、涉及技術(shù)標準多以及工藝規(guī)范要求高的問題特點，這就在一定程度上阻礙了技術(shù)普及的發(fā)展進程。基于此，相關(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)用過程及工藝驗證
3.1 應(yīng)用過程
相關(guān)研究表明，VARI 在成型復合材料構(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)標準，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PAMRTM仿真軟件來實現(xiàn)VARI 成型工藝的實際應(yīng)用過程。
3.2 工藝驗證
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)的工藝驗證，來保證樹脂基復合材料的作用穩(wěn)定性。據(jù)現(xiàn)有仿真軟件技術(shù)的應(yīng)用統(tǒng)計，生產(chǎn)建設(shè)人員應(yīng)將樹脂的浸潤時間控制在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，實現(xiàn)樹脂成型以及浸潤預成型體內(nèi)纖維的目標。相關(guān)研究表明，流道布局設(shè)計的問題主要體現(xiàn)在：設(shè)計不合理，這就會使得纖維體無法進行浸潤、流道發(fā)生堵塞。在此情況下，樹脂復合材料將難以在纖維預成型體內(nèi)流動，成型后的典型結(jié)構(gòu)件表面也會出現(xiàn)干斑、氣孔以及貧膠等質(zhì)量缺陷，嚴重的甚至會造成零件的報廢。因此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)在保證仿真軟件設(shè)計出的流道布局合理性的狀態(tài)下，實現(xiàn)樹脂材料的作用價值。
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 進行液體成型工藝生產(chǎn)的過程中，樹脂在纖維中的流動狀態(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。但實際零件的鋪層和結(jié)構(gòu)形式變化均會造成零件局部纖維滲透率的改變，準確掌握零件不同部位滲透率的變化對樹脂流道設(shè)計至關(guān)重要。此外，典型件的實際滲透率分布受纖維鋪層設(shè)計和外形結(jié)構(gòu)的影響較大。因此，在進行流道設(shè)計的過程中，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的產(chǎn)生。
4.3 重力影響
在利用VARI 工藝技術(shù)進行航空典型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，由于模具設(shè)計或模具擺放位置的影響，這就容易使纖維預成型體的位置與模擬時的位置出現(xiàn)偏差。在此情況下，VARI在進行工藝成型時，其仿真軟件模擬時的重力方向就與實際的重力存在差異。因此，相關(guān)建設(shè)人員可通過改變預成型體擺放位置以及相應(yīng)的設(shè)計方案調(diào)整，來避免實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位置以及模擬參考點位置的作用結(jié)果，從而降低重力方向?qū)渲䴘檿r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，其浸潤時間的差異主要集中在浸潤時間較長，樹脂流動前鋒最后到達的區(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，可能會導致上述區(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間和最長時間相差約8%。而對于成型大型復合材料構(gòu)件的工藝技術(shù)過程，即使是8% 的時間也是忽略不計的。
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。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)標準，來提高VARI 工藝技術(shù)應(yīng)用的穩(wěn)定性;其次，工藝驗證要保證樹脂復合材料的浸潤時間與仿真軟件模擬的時間相一致;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間來進行有效控制。
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