复合材料构件热压罐成型工装参数化设计及优化

摘要

由于先进复合材料性能优异且可设计性强，在飞机上取得大量应用，大型复合材料构件成型主要采用热压罐固化工艺。其中工装刚度、热惯量等性能对构件最终成型质量起到了决定性的作用，工装设计制造占据复合材料构件制造成本很大比例。本文针对目前复合材料构件热压罐成型工装设计效率低和工装材料成本高的问题，基于多学科优化平台mode FRONTIER，综合参数化CAD模型、有限元分析以及CFD分析，建立了复合材料构件热压罐成型工装参数优化设计流程，对工装进参数优化设计。论文主要工作如下:
　　1)通过分析蒙皮类复合材料构件热压罐成型工装结构，确定设计参数，建立了工装的参数化模型。通过VB语言对CATIA进行二次开发，编写了工装参数化设计程序，实现了工装参数化建模。
　　2)通过ABAQUS对工装不同工况下进行了力学分析，得到工装应力分布和变形分布规律。编写了Python脚本程序实现ABAQUS的批处理操作，实现了工装有限元建模及后处理的自动化。
　　3)建立了工装-热压罐的简化模型，通过前处理软件HyperMesh对工装-热压罐模型进行了网格划分，并编写了Tcl脚本文件，实现了网格划分自动化。通过fluent对工装-热压罐模型进行流热耦合分析，获得了热压罐内的流场和工装的温度分布以及工装型面最大温差变化规律。探究了热压罐入口风速和空气升温速率对工装型面最大温差的影响规律。编写TUI脚本文件，实现了流热耦合分析及后处理的自动化。
　　4)基于mode FRONTIER，建立了工装参数优化设计流程。将工装参数化设计程序、ABAQUS批处理脚本程序、HyperMesh批处理脚本程序、fluent批处理脚本程序集成到多学科优化平台mode FRONTIER上。确定工装设计变量，给定设计空间，采用遗传算法，对工装进行参数优化设计得到满足使用要求的重量最轻的工装。

目录

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致谢

摘要

第1章 绪论

1．1．先进复合材料在飞机上的应用

1．2．复合材料构件成型工艺

1．3．影响复合材料构件成型质量的因素

1．4．复合材料构件热压罐成型工装

1．4．1．工装材料

1．4．2．结构设计

1．4．3．优化设计

1．5．主要研究内容及论文结构安排

第2章 工装参数化设计

2．1．工装结构及设计要求

2．1．1．工装结构

2．1．2．工装设计要求

2．2．工装参数化设计流程

2．2．1．曲面处理

2．2．2．工装参数提取

2．2．3．工装参数化建模

2．3．本章小结

第3章 工装设计计算

3．1．工装刚度强度计算

3．1．1．工况分析

3．1．2．有限元分析

3．2．工装温度场计算

3．2．1．热压罐工艺流热分析

3．2．2．计算模型建立

3．2．3．fluent流热耦合计算

3．3．本章小结

第4章 工装参数优化设计

4．1．引言

4．2．优化数学模型

4．3．工装参数优化

4．4．本章小结

第5章 总结与展望

5．1．总结

5．2．展望

参考文献

附录