[发明专利]一种基于金属丝变形的复合材料固化残余应力测量方法

说明书

本发明属于复合材料残余应力测量领域，提供一种基于金属丝变形的复合材料固化残余应力测量方法。先将预浸料铺层至所需厚度；画十字中心线来对金属丝插入位置做标记；将铺放好的预浸料用钢针打孔，并将低刚度的金属丝插入打好的孔中，插入过程中确保金属丝无弯折且与孔壁配合紧密；利用CT获得未固化预浸料中所插入的金属丝的原始几何形状；接着选择成型工艺将预浸料进行固化；然后再次利用工业CT获得固化完成后所插入的金属丝的几何变形数据；最后将变形数据输入建立好的仿真模型中来获得复合材料残余应力沿厚度方向的分布规律。利用上述方法求得不同位置处残余应力沿厚度方向的分布规律从而建立多层异质复合材料平板试验件初始残余应力分布模型。

技术领域

本发明属于复合材料残余应力测量领域，涉及一种基于金属丝变形的复合材料固化残余应力测量方法。

背景技术

复合材料在成型冷却过程中会产生明显的残余应力，残余应力的产生会使板材发生翘曲变形，这些缺陷和变形的累积对加工和装配都有不利影响，关系着制件的成型质量。因此，为了减小残余应力引起的变形，需要对复材板件残余应力进行测量。目前比较常用的残余应力测量方法主要分为无损检测以及有损检测两类。无损检测包括例如X射线法等。但此类方法成本很高，而且对设备以及人员的操作水平要求较高，不利于实际应用。有损检测在实际应用中十分广泛，主要包括钻孔法和切割法等。

但传统的有损测量方法需要利用数控机床等工具将固化完成后的复合材料进行破坏，从而测得复材板件残余应力分布，这就不可避免的产生切削应力从而导致测得的板材残余应力分布不准确。

为解决上述问题，本发明提出一种基于工业CT、低刚度金属丝、有限元模型来测量复合材料沿厚度方向残余应力的方法，首先在完成预浸料铺放后用钢针沿制件厚度方向钻制小孔并穿入低刚度金属丝，确保金属丝无弯折且与孔壁配合紧密。采用工业CT对固化前试验件进行扫描，以获取金属丝初始几何形状。之后，采用固化成型工艺制备完成试验件后再次采用工业CT对试验件进行扫描以获取固化后金属丝的几何形状。采用计算机图像处理技术对比固化前后金属丝的几何形状以获取固化残余应力导致金属丝几何变形量，并利用有限元分析的方法依据金属丝几何变形获取残余应力沿制件厚度方向的分布规律。利用上述方法求得不同位置处残余应力沿厚度方向的分布规律从而建立多层异质复合材料平板试验件初始残余应力分布模型。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提出一种能精确测量计算复合材料板材固化残余应力分布的方法。

本发明的技术方案是：

一种基于金属丝变形的复合材料固化残余应力测量方法，步骤如下：

第一步：对预浸料进行裁剪、铺放

按样板裁剪预浸料，铺放预浸料至所需要的厚度；

第二步：确定预浸料中金属丝插入位置

将铺放好的预浸料按轴对称划分，在轴对称线上等间距布置金属丝插入位置，同时选择划分后的其中一部分沿水平方向等间距布置金属丝插入位置；相邻两个金属丝插入位置为20mm，最后在插入位置划出十字中心线做标记；

第三步：将铺放好的预浸料用钢针进行打孔

擦拭干净夹具表面、将铺放好的预浸料用夹具夹紧，要求装夹平整、牢靠，同时应注意工件的装夹方式，以防预浸料因装夹而变形；将钢针沿预浸料厚度方向钻孔，然后将金属丝插入钻好的孔中；

第四步：利用工业CT获得固化前预浸料中所插入的金属丝的几何形状

采用工业CT对未固化板材进行扫描，获取未固化前预浸料中所插入金属丝的初始几何形状；

第五步：利用成型工艺对预浸料进行固化

选择成型工艺将扫描完成后的预浸料进行固化，使得插入的金属丝发生变形；