摘要
复合材料由基体和增强材料以特定的排布方式组合而成，具有一定性能优势，因此应用前景广阔，尤其在航空航天领域。为使复合材料构件用量突破新高度，对其成型技术提出了更高的要求。热压罐工艺具有成型质量稳定的优点，是目前主要成型方法之一。成型时模具作为与复合材料直接接触的载体，模具型面温度分布均匀性直接决定了复合材料构件的成型质量。因此，本文基于模具型面温度场，探究环境参数的影响规律，得到合理的工艺曲线，并优化模具结构，提高温度分布均匀程度，进而提高复合材料机翼壁板的成型质量 首先，分析热压罐内部的工作原理，明确能够描述罐内传热过程的数学模型。通过COMSOL建立用于模拟复合材料热压罐成型的温度场仿真模型，通过示例分析验证模型误差在6%以内。采用模型进行实例分析获得本文机翼壁板的模具型面温度分布云图，分析得出模具型板中后部存在“温度滞后区”的分布特点。针对该特点，指出提高此处的温度变化率是解决温度分布不均问题的关键。 其次，基于模具温度场，以温度方差为指标，探究高灵敏度环境参数对模具温度场的影响规律，结果表明环境参数间存在相互作用。因此选用可解决多因素交联问题的正交试验法对环境参数进行优选，得到更为合理的工艺曲线。在新工艺曲线条件下，最大温度方差降低了56.73%，固化时间缩短了18%，能量节约了23%。 此外，基于流体动力学、牛顿散热方程等理论，提出“在模具支撑结构中，添加沿流体流向倾斜一定角度的导流板”的优化方式。并确定导流板的最佳形状为平面直板、装配角度为10°，此时模具型面最大温差降幅达到65.7%。 最后，研究树脂基复合材料固化成型的内部机理。针对树脂基复合材料固化过程，搭建由多物理场耦合而成的固化仿真体系，对比分析模具结构改进后固化度变化情况。得出各部分树脂固化更加同步，最大固化度方差降幅约58%，验证了本文优化结构的合理性以及优化方法的可行性。
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