Проблемы машиностроения и надежности машин, 2021, № 2, стр. 52-62

Методика расчета технологических напряжений для упреждения коробления композитных изделий

Л. П. Шабалин 1*, Е. А. Пузырецкий 1, И. Н. Сидоров 1, А. М. Гирфанов 1

1 Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева
Казань, Россия

* E-mail: leonid.shabalin@gmail.com

Поступила в редакцию 31.07.2020
Принята к публикации 18.12.2020

Аннотация

Статья посвящена проблеме остаточных напряжений, возникающих в процессе отверждения изделий из полимерных композиционных материалов и приводящих к короблению. Предложена расчетная методика, позволяющая прогнозировать остаточные деформации и проектировать формообразующую оснастку с упреждением. Использование разработанного подхода позволяет обеспечить высокую точность изготовления изделий из ПКМ. Проведен анализ влияния параметров модели на точность результатов.

Ключевые слова: остаточные напряжения, коробление, упреждение технологической оснастки, отверждение, композитный материал, методика

DOI: 10.31857/S0235711921020127

Список литературы

  1. Пузырецкий Е.А. Анализ проблемы коробления изделий из композиционных материалов // Техника и технологии: пути инновационного развития: сборник научных трудов 9-й Международной научно-технической конференции. Курск. 2020. Т. 2.

  2. Carolyne A., Goran F. Spring-in and warpage of angled composite laminates // Composites Science and Technology. 2002. V. 62. Iss. 14. P. 1895.

  3. Huang C.K., Yang S.Y. Short communication – warping in advanced composite tools with varying angles and radii // Composites Part A. 1997. V. 28. Iss. 9–10. P. 891.

  4. Nelson R.H., Cairns D.S. Prediction of dimensional changes in composite laminates during cure // Proceedings of Tomorrow’s Materials: Today Society for the Advancement of Material and Process Engineering. 1989. V. 2397. P. 410.

  5. Perrin H.-F., D’acunto A., Martin P., Cauchois J.-P. Spring-in of composite parts manufactured by liquid resin infusion (lri) processes // 14-th European conference on composite materials 7–10 June 2010, Budapest, Hungary.

  6. Fernlund G., Rahman N., Courdji R., Bresslauer M., Poursartip A., Willden K., Nelson K. Experimental and numerical study of the effect of cure cycle, tool surface, geometry, and the lay-up on the dimensional stability of autoclave-processed composite parts // Composites Part A: Manufacturing. 2002. V. 13 (3). P. 341.

  7. Fernlund G., Poursartip A. The effect of tooling material, cure cycle, and tool surface finish on spring-in of autoclave procesed curved composite parts // Proceedings of the 12-th International Conference on Composite Materials (ICCM12). 1999. 690 p.

  8. Radford D.W., Diefendorf R.J. Shape instabilities in composites resulting from laminate anisotropy // J. of Reinforced Plastics and Composites. 1993. V. 12. P. 58.

  9. Rennick T., Radford D.W. Components of manufacturing distortion in carbon fiber/epoxy angle brackets // Proceedings of the 28-th International SAMPE Technical Conference. 1996. P. 189.

  10. Kim C.G., Kim T.W., Kim I.G., Jun E.J. Spring-in deformation of composite laminated bends // Proceedings of the 7-th international conference on composite materials (ICCM7). 1989. P. 83.

  11. Patterson J.M., Springer G.S., Kollar L.P. Experimental observations of the spring-in phenomenon // Proceedings of the 8th international conference on composite materials (ICCM8). 1991.

  12. Wiersma H.W., Peeters J.B., Akkerman R. Prediction of springforward in continuous-fibre/polymer l shaped parts // Composites Part A. 1998. V. 29. Iss. 11. P. 1333.

  13. Radford D.W., Rennick T. Separating sources of manufacturing distortion in laminated composites // J. of Reinforced Plastics and Composites. 2000. V. 19 (8). P. 621.

  14. Johnston A., Hubert P., Fernlund G., Vaziri R., Poursartip A. Process modeling of composite structures employing a virtual autoclave concept // Science and Engineering of Composite Materials. 1996. V. 5 (3–4). P. 235.

  15. Galińska A. Material Models Used to Predict Spring-in of Composite Elements: a Comparative Study Applied Composite Materials. 2016. V. 24 (1). P. 159.

  16. Ding A., Wang J., Li S. Understanding process-induced spring-in of L-shaped composite parts using analytical solution // Composite Structures. 2020. V. 250.

  17. ГОСТ Р 57996-2017. Композиты полимерные. Дифференциальная сканирующая калориметрия. Определение энергии активации, предэкспоненциального множителя и порядка реакции.

  18. Kulawik J., Szeglowski Z., Czaplal T., Kulawik J.P. Determination of glass transition temperature, thermal expansion and, shrinkage of epoxy resins // Colloid and Polymer Science. 1989. V. 267. P. 970.

  19. Bondarchuk D., Fedulov B. Process modeling of carbon-epoxy composites: residual stress development during cure and analysis of free edge effects. Aviation. 2019. P. 15–22. https://doi.org/10.3846/aviation.2019.9745

Дополнительные материалы отсутствуют.