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基于XFlow的复合材料热压罐成型过程的温度场模拟
张晨群1,鲍益东1,安鲁陵1,季争强2
1南京航空航天大学
2上海安托信息技术有限公司
摘要:针对热压罐成型过程中模具型面温度分布不均的情况,基于XFlow软件建立了一种热压罐成型过程的温度
场模拟方法。区别于当前基于网格的流体力学软件,XFlow采用基于粒子的格子玻尔兹曼法,有效的缩短了前处
理时间。使用XFlow软件建立了框架式模具在热压罐中强迫对流换热的有限元模型,计算结果与实验结果平均相
对误差为1.83%,分析了成型过程中模具型面温度分布不均的原因,讨论了热压罐工艺参数对模具温度场的影响
规律。结果表明:增大风速、减小升降温速率均可以有效的降低模具型面温度标准差。
关键词:热压罐工艺,温度场,XFlow;
Temperaturefieldsimulationofcompositeautoclaveformingprocess
basedonXFlow
ZHANGChenqun1,BaoYidong1,ANLuling1,JIZhengqiang2
NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics
ShanghaiAntoineInformationTechnologyCo.,Ltd.
Abstract:Thedevelopmentofrailvehiclesalsoputsforwardhigherrequirementsforthedesignandmanufacture
ofitscomponents,includingthetypicalstampingstructure,thesmallsizecurvedbeam,whoseformingresults
directlyaffectthequalityofrailvehicles.Thetraditionaltestmethodisnotonlyhighincostbutalsolongincycle.
Thefiniteelementmethodisusedtosimulatetheformingprocess,predicttheformingresultsandsavethetestcost
andtime.Inthispaper,thefiniteelementmodelofthestampingformingprocessofsmallsizecurvedbeamsinrail
vehiclesisestablishedbyusingAbaqussoftware.Analyzetheresultofforming,andprovidetheoreticalbasisfor
designbyoptimizetheformingprocessparametersbycomparingthesimulationresultsofmultiplegroups.
Keyword:AutoclaveProcess;TemperatureField;XFlow
当前飞机制造过程中,复合材料有着一些其它材细节的特点,精度和计算量上均有较大优势[6]。在
料不可替代的优点,如耐高温、抗疲劳、耐腐蚀,并LBM模型中,假设宏观流体由大量虚拟流体粒子构
以其高比强度、高比刚度在飞机结构件中占据越来越成,这些粒子仅可做两种基本动态运动:沿空间格
大的比例。随着复合材料使用量的增加及大型复杂结子运动,称为“对流”;与空间格子上来自其他方向
构件的精度要求的提高,复合材料构件的制造精度要的粒子相互作用,发生“碰撞”,如图1。微观颗粒
求也越来越严苛。对于应用在飞机上的高品质复合材不断进行“对流-碰撞”过程,构成了流体的宏观运
料构件,应用最广泛的制造工艺为热压罐工艺[1]。动。LBM方法的基本思想是不去研究每个微观粒子
的具体运动,而是利用概率密度函数研究大量粒子
在热压罐成型工艺中,模具工装型面的温度场分
在格子方向上的运动概率[7,8]。
布是影响制件质量的关键因素之一。成型过程中模具
表面温度分布不均会导致制件内部存在温度梯度,以
至于制件固化不同步、在结构内部产生残余应力和残
余应变,最终会造成制件出现内部缺陷、发生初始破
坏,严重时会影响制件的质量和使用寿命[2~4]。因此分
析和研究热压罐成型过程时与复合材料构件接触的表
面的温度分布特点对改善
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