本文關鍵詞：面向大幅面CFRP制件的框架式模具設計系統(tǒng)關鍵技術研究

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【摘要】：熱壓罐成型法是制造航空航天用高品質(zhì)大幅面CFRP制件的主要方法,其制造方法的關鍵專用裝備是框架式模具。模具的設計質(zhì)量決定著制件成型尺寸、形狀精度、內(nèi)部質(zhì)量品質(zhì),進而影響著制件的使用性能。為解決現(xiàn)有模具設計中主要依靠設計師經(jīng)驗及反復試制試驗模具造成的低效率、高消耗的問題,本文在分析國內(nèi)外有關樹脂基復合材料制件變形過程模擬和形狀控制方法、計算機輔助快速設計系統(tǒng)、優(yōu)化設計等技術的基礎上,對大幅面CFRP制件熱壓罐成型法用框架式模具實現(xiàn)設計過程的自動化、智能化、快速化進行了深入的探討,充分利用計算機輔助建模、分析、搜索等最新發(fā)展技術提高框架式模具設計的自動化水平,主要研究內(nèi)容如下:在詳細分析熱壓罐成型法工藝特點的基礎上,總結(jié)了框架式模具設計要素、優(yōu)化了模具設計過程。設計了由模具設計資源庫、設計模板庫、輔助設計工具庫、設計實例庫等幾個部分組成的框架式模具快速設計系統(tǒng)總體框架,定義了系統(tǒng)各組成部分之間的數(shù)據(jù)接口。研究了框架式模具設計導向模板。在分析模具功能結(jié)構(gòu)的基礎上,劃分了模具設計結(jié)構(gòu)特征和設計參數(shù),基于幾何體素/邊界表示法建立了框架式模具參數(shù)化快速建模系統(tǒng)。建立了模具結(jié)構(gòu)設計、有限元分析模擬一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),基于映射法建立了模具結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格自動劃分算法,應用XML表達方式構(gòu)建了框架式模具CAD/CAE設計分析一體化導向模板。建立了框架式模具設計實例的表達方式,通過劃分檢索信息粒度,給出了框架模具設計實例的分層次檢索方法,實現(xiàn)了基于設計實例的模具設計重用。研究了制件變形的模具型面預先補償法。在分析了制件在制造過程中變形的組成及產(chǎn)生原因后,根據(jù)制件變形產(chǎn)生階段和原因,將變形分為固化收縮變形和與模具相互作用導致的翹曲變形兩部分。分別建立了兩部分變形的模擬方法,能夠較快速、準確的預測制件變形。提出了通過調(diào)整模具型面形狀補償制件變形,進而獲得高精度制件的制件變形的模具型面預先補償方法。該方法基于對制件變形的預測,通過將預測的制件變形量不斷反向疊加于模具型面,調(diào)整模具型面形狀,最終將制件制造變形用調(diào)整后的模具型面補償,可獲得高尺寸形狀精度制件。研究了基于替代模型(Metamodel)的框架式模具優(yōu)化設計方法。建立了框架式模具工作過程中因受熱膨脹和受壓兩種因素引起模具變形的模擬模型,在換熱過程模擬的基礎上進行了模具變形模擬。應用此模擬工具,通過單因素多水平試驗,對比分析了各模具設計參數(shù)對模具型面溫差和變形的影響,發(fā)現(xiàn)模具型面厚度和支撐框架開口率是影響設計結(jié)果的敏感參數(shù)。忽略不敏感參數(shù),建立了模具支撐結(jié)構(gòu)Metamodel優(yōu)化設計模型。模型可用于對框架式模具結(jié)構(gòu)的高效優(yōu)化設計�；谏鲜鲫P鍵技術,開發(fā)了基于設計模板導向、設計實例重用、制件變形模具型面補償、模具支撐框架優(yōu)化設計的面向大幅面CFRP制件熱壓罐成型用框架式模具的計算機輔助設計系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎上利用面向?qū)ο缶幊陶Z言完成了原型系統(tǒng)的開發(fā),初步驗證了上述各關鍵技術的可行性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V261
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本文編號：1156407