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复合材料热压罐成型固化回弹变形预测及其优化
| 论文题名： | 复合材料热压罐成型固化回弹变形预测及其优化 |
| 关键词： | 汽车轻量化;树脂基复合材料;热压罐成型;回弹变形;铺层设计 |
| 摘要： | 碳纤维增强树脂基复合材料具有质轻、高比强度、比模量和可设计性好等优点，其在汽车工业中的大量应用可以达到减轻车身质量、节能减排的目的，有利于汽车轻量化的实现。热压罐成型工艺是复合材料构件加工应用较多的工艺，但是构件在固化成型过程中因复合材料本身材料性能及加工条件等因素的影响，会产生回弹变形，使复合材料构件无法达到预期的成形效果，影响成形质量。因此，复合材料热压罐成型的回弹变形的预测及优化已成为人们关注的焦点和研究的重点。 基于有限元方法的数值模拟技术是预测复合材料固化成型过程的有效方法，为了建立树脂基复合材料固化回弹变形的有限元模型，本文基于树脂基复合材料固化过程的理论模型，采用商业软件ABAQUS二次开发功能中的多个子程序实现理论模型的求解，建立了固化回弹变形的有限元模型，为复合材料的回弹优化提供基础，并将有限元模型的预测结果与已有试验数据相对比，验证数值模型的准确性。为了进一步验证复合材料固化过程有限元模型的可靠性，本文进行了热压罐成型试验，并针对热压罐成型试验所用材料及工艺建立有限元模型，对比试验与数值模拟结果，证实了有限元模型的准确性和可靠性。 针对复合材料固化回弹变形问题，本文提出了多级连续优化方法对复合材料层合板进行铺层设计优化。该方法可以将复合材料铺层设计优化的高维问题转化为低维问题，提高优化效率，节省计算成本，并达到减小回弹变形的目的。多级连续优化方法是将敏感度分析方法、代理模型方法和优化算法相结合的优化方法。首先基于敏感度分析结果确定复合材料铺层的分级优化顺序，然后采用最小二乘支持向量回归方法建立各级设计变量的代理模型，将代理模型与优化算法相结合，针对每级设计变量进行优化设计，以降低复合材料固化变形的回弹角，提高成型质量。通过针对L型和U型复合材料构件的回弹变形优化，证明了多级连续优化方法经过有限的优化次数可以有效的降低固化变形回弹角，提高成形质量。 |
| 作者： | 陈磊 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王琥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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