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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