树脂基复合曲率层板在热压罐成型中的工艺窗口优化方法

摘要

本发明公开了一种适用于树脂基复合材料曲率层板在热压成型过程中的工艺窗口优化方法，该方法以树脂基复合材料热压成型模拟单元、工艺参数优化目标设置单元为基础，结合缺陷特性数据库单元，给出曲率层板热压成型工艺窗口，在优化的工艺窗口内可以制备出满足层板平均纤维体积分数和缺陷产生概率要求的曲率层板，在热压成型过程中出现缺陷时进行报警，指导树脂基复合材料曲率层板热压成型工业化作业，提高产品合格率。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种适用于树脂基复合材料的热压成型工艺，具体地说，是指一种适用于树脂基复合曲率层板在热压罐成型过程中的工艺窗口的优化方法。

背景技术：

工艺窗口是指满足目标要求条件下工艺参数的控制范围，工艺窗口越宽表明材料体系的工艺性越好，则实际工艺中越容易实现既定目标。

在2004年9月出版的《聚合物基复合材料手册》的第233页中公开了一种复合材料热压罐成型工艺图8-62。从该图中可以看出温度-时间之间存在的关系(或称温度制度)、以及压力-时间之间存在的关系(或称压力制度)。

目前在实际生产中更多的是靠经验和大量试验来制定工艺参数，即试错法，这种方法优选出的工艺参数的适用性很差，即使原材料不变而只改变制件的几何结构，也要重新摸索新的工艺规范，这无疑导致了研制周期长、废品率高以及可靠性低等问题。另一种是将专家系统和传感器监测技术相结合，通过设置在固化体系内的传感器实时采集温度、压力等被加工材料的信息并反馈给计算机内的实时监控系统，所述实时监控系统是根据一定的原则对工艺参数进行及时调整，从而对成型过程进行有效控制，即在线固化监控方法。该方法在一定程度上消除了经验法的盲目性，提高了制件质量稳定性，但是传感器一般会留在制件内部从而影响其性能，而且许多传感器和监测设备的价格昂贵，使得这种方法难以迅速推广。此外，专家系统在线监控的质量取决于其原则的完善程度，而对于复杂的情况，制定合理的原则是十分困难的。

在实际应用中，飞行器复合材料种类繁多，结构形式复杂，曲率层板是一种典型结构形式，即由平板段和弧形段的两段结构组成，参见图1所示的三维结构示意图。曲率层板与等厚层板不同，由于弧形段存在，厚度方向不同位置的弧长不同，在外力作用下除了厚度方向的变形，同时会产生剪切变形，且不同位置处层板的变形程度不同，树脂承载压力不同，树脂发生二维流动，即厚度方向和面内方向的流动；同时由于复合材料的各向异性，在成型过程中树脂流动和层板变形非常复杂，容易产生各种缺陷，如孔隙、富树脂、架桥等，这些导致适用于等厚层板的工艺窗口不再满足曲率层板的制备要求，在脱离生产线的条件下，建立工艺窗口优化方法，评价材料工艺性，对于降低制造成本、提高产品合格率，以及带曲率结构热压成型工业化作业具有重要意义。

发明内容：

本发明的目的是提出一种树脂基复合曲率层板在热压罐成型中的工艺窗口优化方法，该方法是以曲率层板的初始工艺参量F₇为输入信息源，借助成型工艺参数设置单元2、材料特性数据库单元3和缺陷特性数据库单元4中提供的相关处理关系，然后结合制件构形与网格剖分单元1和工艺参数优化目标设置单元6提出的要求，最后在热压成型模拟单元5中处理，从而获得满足曲率层板的平均纤维体积分数和孔隙缺陷产生概率P₁要求的更加优化的工艺窗口，该更加优化的工艺窗口应用到树脂基复合曲率层板在热压成型工业化作业中，能够提高制件的合格率。

制件构形与网格剖分单元1输出的制件初始设置参量F₁包括有模具类型、吸胶方式、预浸料铺层层数、模具弧形部位弧度、贴模面弧形半径、横向等厚层板长度、纵向等厚层板长度；

成型工艺参数设置单元2输出的成型工艺参量F₂包括有环境相对湿度、初始温度、升温速率、温度-时间关系、外加正压力、加压时机；

材料特性数据库单元3输出的材料参量F₃包括有树脂种类、纤维种类、织物类型、预浸料初始纤维体积分数以及预浸料初始单层厚度；所述树脂种类是环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马树脂等；所述纤维种类是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等；所述织物类型是单向预浸料、单向织物、平纹织物、斜纹织物、缎纹织物等；

缺陷特性数据库单元4输出的缺陷特性参量F₄包括有热压成型工艺产生的孔隙、分层、富树脂、贫胶等各种制造缺陷；

热压成型模拟单元5首先根据制件初始设置参量F₁、成型工艺参量F₂、材料参量F₃和缺陷特性参量F₄进行热压成型工艺过程模拟，获得质量参量然后依据适应度函数对平均纤维体积分数目标平均纤维体积分数和目标平均纤维体积分数的标准差进行比较，获得适应度参量；然后依据孔隙缺陷产生概率对树脂压力P_r和阻止气泡生长的树脂最小压力P_v进行比较，获得孔隙缺陷产生概率；最后依据适应度参量和孔隙缺陷产生概率对初始工艺窗口参量F₇进行优化处理，获得优化后的工艺窗口；

工艺参数优化目标设置单元6是用于提供优化目标参量F₆给热压成型模拟单元5；在热压成型模拟单元5中会依据优化目标参量F₆进一步对初始工艺窗口设置单元(7)给出的初始工艺参量F₇进行优化，从而体现出曲率层板的平均纤维体积分数和孔隙缺陷产生概率P₁的较佳工艺窗口；

初始工艺窗口设置单元7输出的初始工艺参量F₇包括有外加压力、第一平台温度T1的下限温度T1_min＝70～130℃、第一平台温度T1的上限温度T1_max＝100～160℃、施加压力PC的最小值PC_min≤0.1MPa和施加压力PC的最大值PC_max≥0.6MPa。

本发明对曲率层板的工艺窗口进行优化方法具有如下优点：

①以初始工艺窗口7中的工艺参量F₇为基础，利用优化机制自动调整成型工艺参数(外加压力、加压时机)进行曲率层板的加工模拟，剔除孔隙率含量较高、平均纤维体积分数不满足目标要求的工艺条件，模拟得到的优化后工艺窗口能够以数据文件和图示形式提供给参考者使用或者用于热压成型工业化作业中。

②本发明利用计算机技术实现对曲率层板工艺窗口的优化，具有操作简单，模拟效率高，实时性强的特点。

③采用本发明得到的优化工艺窗口，可以制备得到满足平均纤维体积分数、孔隙率含量较低要求的曲率层板。

④本发明中树脂基复合材料热压成型模拟方法与缺陷特性数据库结合，可以评价缺陷产生概率，并对热压成型过程中出现缺陷时进行报警。

附图说明：

图1为曲率层板二维平面结构示意图。

图2为本发明热压成型树脂基复合材料曲率层板工艺窗口优化系统的结构示意框图。

图3为对曲率层板的网格剖分设置界面。

图4为本发明成型工艺参数设置单元的界面。

图4A为现有热压罐成型工艺中温度、压力和时间三者的关系图。

图5为本发明初始工艺窗口设置的界面。

图6为本发明优化目标设置的界面。

图7为碳纤维/环氧树脂曲率层板的剖面结构示意图。

图7A为碳纤维/环氧树脂曲率层板的网络剖分示意图。

图7B为碳纤维/环氧树脂曲率层板的计算机界面。

图7C为碳纤维/环氧树脂曲率层板优化后的工艺窗口。

具体实施方式：

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明是一种利用计算机技术来模拟树脂基复合材料曲率层板的热压成型过程，是以曲率层板的初始工艺参量F₇为输入信息源，借助成型工艺参数设置单元2、材料特性数据库单元3和缺陷特性数据库单元4中提供的相关处理关系，然后结合制件构形与网格剖分单元1和工艺参数优化目标设置单元6提出的要求，最后在热压成型模拟单元5中处理，从而获得满足曲率层板的平均纤维体积分数和孔隙缺陷产生概率P₁要求的更加优化的工艺窗口，该更加优化的工艺窗口应用到树脂基复合曲率层板在热压成型工业化作业中，能够提高制件的合格率。

参见图2所示，本发明的一种适用于树脂基复合曲率层板、在热压罐成型中的工艺窗口优化方法，该工艺窗口优化过程中包括有制件构形与网格剖分单元1、成型工艺参数设置单元2、材料特性数据库单元3、缺陷特性数据库单元4、热压成型模拟单元5、工艺参数优化目标设置单元6和初始工艺窗口设置单元7。

在本发明中，制件构形与网格剖分单元1输出的制件初始设置参量F₁包括有模具类型、吸胶方式、预浸料铺层层数、模具弧形部位弧度、贴模面弧形半径、横向等厚层板长度、纵向等厚层板长度，这些参量可以通过界面(参见图3所示)方式进行模拟过程的所需参数录入，也可以通过数据文件读取。

在本发明中，成型工艺参数设置单元2输出的成型工艺参量F₂包括有环境相对湿度、初始温度、升温速率、温度-时间关系、外加正压力、加压时机，这些参量可以通过界面(参见图4所示)方式进行参数录入，也可以通过数学模型解析获得后存储于计算机中，等待运用时提取相应的文件即可。在2004年9月出版的《聚合物基复合材料手册》的第233页中公开了一种复合材料热压罐成型工艺图8-62(即图4A所示)，在保温30～60min段的温度称为第一平台温度T1，保温120±10min段的温度称为第二平台温度T2，从图中可以看出，温度-时间和压力-时间之间的关系。由于本发明是要对曲率层板的初始工艺参量F₇进行优化，因此设置的温度会有不同。

在本发明中，材料特性数据库单元3输出的材料参量F₃包括有树脂种类、纤维种类、织物类型、预浸料初始纤维体积分数以及预浸料初始单层厚度；所述树脂种类是环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马树脂等；所述纤维种类是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等；所述织物类型是单向预浸料、单向织物、平纹织物、斜纹织物、缎纹织物等；树脂种类、纤维种类、织物形式不同，其导热系数、比热容、密度取值及其与温度的函数关系不同，采用实验室自行设计的测试装置进行测量；树脂种类的不同，其粘度模型以及模型中涉及参数的取值不同，可以采用流变仪测试得到；纤维种类、织物类型、铺层方式影响纤维层渗透率、纤维层的压缩特性，采用实验室自行设计的测试装置进行测量；材料特性数据库包含了所述与树脂种类相关的粘度模型中的参数，所述与纤维种类、织物类型、铺层方式相关的渗透率、压缩特性模型中的参数以及导热系数、比热容、密度等参数是北京航空航天大学材料学院经多年对树脂基复合材料体系进行实验研究、测试、测量获得的，具有准确性、可靠性，曾被北京市聚合物基复合材料技术实验室用作工艺分析数据源之一。

在本发明中，缺陷特性数据库单元4输出的缺陷特性参量F₄包括有热压成型工艺产生的孔隙、分层、富树脂、贫胶等各种制造缺陷，本发明为了对成型中的工艺窗口(曲率层板的初始工艺参量F₇)进行优化，仅针对孔隙缺陷进行分析，而孔隙是复合材料成型过程中形成的空洞，一般用孔隙率表征。所述孔隙率是指纤维层间树脂中存在的、微观小孔的体积占复合材料总体积的比例，用百分数表示，是复合材料的主要缺陷之一。

参见图5所示，在本发明中，初始工艺窗口设置单元7输出的初始工艺参量F₇包括有外加压力、第一平台温度T1的下限温度T1_min(设置为70～130℃)、第一平台温度T1的上限温度T1_max(设置为100～160℃)、施加压力PC的最小值PC_min(小于等于0.1MPa)和施加压力PC的最大值PC_max(大于等于0.6MPa)；数学表达方式为初始工艺参量F₇＝{T1_min，T1_max，PC_min，PC_max}。在本发明中，T1_min和T1_max是依据材料特性数据库单元3的材料参量F₃进行选取；PC_min和PC_max是依据航空航天结构用热固性树脂基复合材料成型工艺压力基本要求而定。

在本发明中，工艺参数优化目标设置单元6是用于提供优化目标参量F₆给热压成型模拟单元5；在热压成型模拟单元5中会依据优化目标参量F₆进一步对初始工艺窗口设置单元7给出的初始工艺参量F₇进行优化，从而体现出曲率层板的平均纤维体积分数和孔隙缺陷产生概率P₁的较佳工艺窗口。参见图6所示，工艺参数优化目标设置单元6中的优化目标参量F₆包括有目标平均纤维体积分数目标平均纤维体积分数的标准差和孔隙缺陷产生概率P₁。目标平均纤维体积分数目标平均纤维体积分数的标准差是依据航空航天结构用热固性树脂基复合材料应用中对纤维体积含量基本要求而定，孔隙缺陷产生概率P₁表征孔隙产生的可能性，概率为0时，表示孔隙率低于等于1％，概率为1时，表示孔隙率高于1％，本发明中对孔隙缺陷产生概率的定义满足了结构复合材料应用要求。优化后的工艺窗口是在初始工艺窗口基础上，通过在热压成型模拟单元5中处理，获得的满足优化目标参量F₆要求的优化后工艺窗口，优化后的工艺窗口在初始工艺窗口的基础上增加了对外加压力以及加压时机取值范围的规定。

在热压成型过程中孔隙产生原因主要是纤维铺层内的夹杂空气未排除彻底或树脂中含有的溶剂、水气等挥发分没有完全溶解于树脂中，以气泡的形式存在并随着树脂的固化而最终固定下来，孔隙缺陷形成与温度、树脂压力有关，本发明中采用阻止气泡生长的树脂最小压力P_r作为孔隙缺陷特性表征参量，通过与热压成型模拟单元5获得的质量参量F₅中树脂压力P_r比较，获得孔隙缺陷产生概率P₁，并将其作为工艺窗口优化的依据之一。所述质量参量F₅包括树脂压力P_r和平均纤维体积分数其数学表达方式为质量参量

在本发明中，热压成型模拟单元5首先根据制件初始设置参量F₁、成型工艺参量F₂、材料参量F₃和缺陷特性参量F₄进行热压成型工艺过程模拟，获得质量参量然后依据适应度函数对平均纤维体积分数目标平均纤维体积分数和目标平均纤维体积分数的标准差进行比较，获得适应度参量；然后依据孔隙缺陷产生概率对树脂压力P和阻止气泡生长的树脂最小压力P进行比较，获得孔隙缺陷产生概率；最后依据适应度参量和孔隙缺陷产生概率对初始工艺窗口参量F₇进行优化处理，获得优化后的工艺窗口。

在本发明中，公知计算机的最低要求为CPU PIV 1.8G以上，内存512M以上，硬盘40G以上。借用计算机所固有的运算特性，热压成型树脂基复合材料制件中孔隙成因分析方法操作方便、分析结果可靠。运用该方法指导树脂基复合材料热压成型工业化作业，降低制造成本和提高产品合格率。

在本发明中，树脂基复合材料曲率层板热压成型工艺窗口的实施步骤有：

第一步：在所述制件构形与网格剖分单元1中提取制件初始设置参量F₁；在本发明中，根据制件初始设置参量F₁中曲率层板初始尺寸，采用计算机技术对曲率层板进行三维构形，并对建立获得的三维层板图形进行网格剖分处理，获得带有节点的层板模型(参见图3所示)，并将所述节点层板模型保存为一个文本格式文件(＊.TXT)；所述文本格式文件可以方便以后模拟所需参数的提取。

第二步：在所述成型工艺参数设置单元2中提取成型工艺参量F₂；

第三步：在所述材料特性数据库单元3中提取材料参量F₃；

第四步：在所述缺陷特性数据库单元4中提取缺陷特性参量F₄；

第五步：在所述工艺优化目标设置单元6中提取工艺优化的目标参量F₆；

第六步：在所述初始工艺窗口单元7中提取出初始工艺窗口F7＝{T1_min，T1_max，PC_min，PC_max}；

第七步：首先设定T1＝T1_min，Pc＝Pc_min，对加压时机t_cjia进行优化；

第八步：在所述热压成型模拟单元5中将初始设置参量F₁、成型工艺参量F₂、材料参量F₃在树脂流动与层板变形关系式W₁中处理，解析得到制件内树脂压力P_r和制件平均纤维体积分数然后将平均纤维体积分数代入适应度函数F_i中解析得到适应度参量；然后将制件内树脂压力P_r与缺陷特性参量F₄中的阻止气泡生长的树脂最小压力P_v比较，获得孔隙缺陷产生概率P₁；在本发明中，获得的适应度参量和孔隙缺陷产生概率P₁的大小能够用来评价热压成型过程，曲率层板当前所设工艺参数的合理性。

第九步：采用优化工艺窗口条件F₀对第八步进行重复迭代处理，并将拾取结果(优化后的曲率层板工艺窗口)存储在热压成型模拟单元5中。在本发明中，所获得的结果可以输出至热压罐中进行实际的制作曲率层板用；也可以作为树脂基复合材料加工过程的分析用。

在本发明中所述树脂流动与层板变形关系式W₁为：

$W_1\Rightarrow \left(\begin{array}{c}\frac{{\partial \sigma }_{\mathrm{xx}}}{\partial x}+\frac{{\partial \sigma }_{\mathrm{xz}}}{\partial z}+\frac{{\partial P}_r}{\partial x}=0\\ \frac{{\partial \tau }_{\mathrm{xz}}}{\partial x}+\frac{{\partial \sigma }_{\mathrm{zz}}}{\partial z}+\frac{{\partial P}_r}{\partial z}=0\\ \frac{{\partial ϵ}_v}{\partial t}+[\frac{\partial }{\partial x}\left(\frac{S_{\mathrm{xx}}}{\mu }\frac{\partial P_r}{\partial x}\right)+\frac{\partial }{\partial z}\left(\frac{S_{\mathrm{zz}}}{\mu }\frac{\partial P_r}{\partial z}\right)]=0\end{array}\right)---\left(1\right)$

式中，x表示在局部坐标系中沿铺层0°方向，z表示在局部坐标系中垂直厚度方向，σ_xx表示局部坐标系下x方向应力，τ_xz表示局部坐标系下剪切应力，P_r表示树脂承载压力，ε_v表示体应变，S_xx表示局部坐标系下x方向渗透率，S_zz表示局部坐标系下z方向渗透率，μ表示树脂粘度，t表示模拟时间。

式(1)中应力与应变满足关系式W₂为：

$W_2\Rightarrow \left(\begin{array}{c}{\sigma }_{\mathrm{xx}}=V_{f}E{ϵ}_{\mathrm{xx}}\\ {\sigma }_{\mathrm{zz}}=\frac{3\mathrm{\pi E}}{{\beta }^4}·\frac{\sqrt{1+{ϵ}_{\mathrm{zz}}}-1}{\sqrt{1+{ϵ}_{\mathrm{zz}}}{(\sqrt{V_a/V_0({ϵ}_{\mathrm{zz}}+1)}-1)}^4}\\ {\tau }_{\mathrm{xz}}=G_{\mathrm{xz}}{\gamma }_{\mathrm{xz}}\end{array}\right)---\left(2\right)$

式中，σ_xx表示局部坐标系下x方向应力，τ_xz表示局部坐标系下剪切应力，ε_xx表示局部坐标系下x方向应变，σ_zz表示局部坐标系下z方向应力，ε_zz表示局部坐标系下z方向应变，γ_xz表示局部坐标系下剪切应变，G_xz表示材料剪切模量，E表示纤维的弯曲模量，β表示纤维层压缩特性系数，V₀表示预浸料初始纤维体积分数，V_f表示纤维体积分数，V_a表示密实堆积纤维体积分数。

式(2)中应变与位移满足关系式W₃为：

$W_3\Rightarrow \left(\begin{array}{c}{ϵ}_{\mathrm{xx}}=\frac{\partial u}{\partial x}\\ {ϵ}_{\mathrm{zz}}=\frac{\partial v}{\partial z}\\ {\gamma }_{\mathrm{xz}}=\frac{\partial u}{\partial z}+\frac{\partial v}{\partial x}\end{array}\right)---\left(3\right)$

式中，ε_xx表示局部坐标系下x方向应变，ε_zz表示局部坐标系下z方向应变，γ_xz表示局部坐标系下剪切应变，u表示局部坐标系下x方向位移，v表示局部坐标系下z方向位移。

本发明中曲率层板不同位置处纤维体积分数V_f与局部坐标系下z方向应变ε_zz的关系为：

$V_f=\frac{V_0}{1+{ϵ}_{\mathrm{zz}}}---\left(4\right)$

式中，V₀表示预浸料初始纤维体积分数，ε_zz表示局部坐标系下z方向应变；通过式(4)解析得到曲率层板不同位置处纤维体积分数V_f。

本发明曲率层板的平均纤维体积分数与纤维体积分数V_f关系为：

$\overline{V_f}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{V}_f^i}{N}---\left(5\right)$

式中，N表示预浸料铺层层数，i表示第i纤维层，表示第i纤维层纤维体积分数，表示平均纤维体积分数；通过式(8)得到层板平均纤维体积分数

在本发明中所述阻止气泡生长的树脂最小压力式中T表示在有效工艺时间内的热压成型温度；(RH)₀为热压成型前树脂吸水量达到平衡时的相对湿度。

在本发明中所述适应度函数表示目标平均纤维体积分数，表示目标平均纤维体积分数的标准差。

在本发明中所述优化工艺窗口条件中，k表示施加压力增加步数，取值为整数，范围为m表示加压时机增加步数，取值为整数，范围为t_c3表示第三段工艺时间的结束时间；t_c1表示第二段工艺时间的开始时间；t_cjia表示加压时刻(又称加压时机)，以工艺时间的零点为基准。参见图4A所示，横坐标是指工艺时间(单位min)，0～t_c1表示第一段工艺时间，t_c1～t_c2表示第二段工艺时间，t_c2～t_c3表示第三段工艺时间；左边纵坐标是指在有效工艺时间内的热压成型温度；右边纵坐标是指在有效工艺时间内热压成型压力(由压力表读取)。

所述优化工艺窗口条件F₀的实施步骤为：

第一步：T1＝T1_min，令k＝0，m＝0，则有Pc＝Pc_min，t_cjia＝t_c1；

第二步：根据T1，Pc，t_cjia的取值，在热压成型模拟单元5中解析得到制件内树脂压力P_r和制件平均纤维体积分数然后将平均纤维体积分数代入适应度函数F_i中解析得到适应度参量；然后将制件内树脂压力P_r与阻止气泡生长的树脂最小压力P_v比较，获得孔隙缺陷产生概率P₁；

第三步：如果P₁＝1，则不对加压时机进行优化，令k＝k+1，增大施加压力Pc，重复第二步；

第四步：如果P₁＝0，适应度参量＜0，则不再对加压时机t_cjia进行优化；

第五步：如果P₁＝0，适应度参量＞0，则重复第二步，从t_cjia＝t_c1开始对加压时机进行优化，记录并保存满足P₁＝0且适应度参量＝0的加压时机t_cjia；

第六步：重复第二、三、四、五步，直到Pc＝Pc_max，记录并保存满足适应度参量＝0且P₁＝0的施加压力以及相应的加压时机；

第七步：令T1＝T1，重复第二、三、四、五、六步，记录并保存满足适应度参量＝0且P₁＝0的施加压力以及相应的加压时机。

实施例1：单向铺30层的碳纤维/环氧树脂曲率层板

实施例1表示的铺层结构参见图7所示，在从下至上顺序排放有A层纤维101、A层预浸料101、B层预浸料102……N层预浸料130，吸胶纸31。这是一种常见的“预浸料铺层层数”的铺层体系，预浸料是指用于制造复合材料的浸渍了环氧树脂的碳纤维的一种中间材料，是一种市售商品。

第一步：在所述制件构形与网格剖分单元1中拾取制件初始设置参量F₁，所述制件初始设置参量F₁中模具类型为阴模，吸胶方式为单面吸胶，预浸料初始纤维体积分数为55％，预浸料铺层层数30层，层板初始厚度h₀为4.3mm，阴模成型，模具弧形部位弧度90°，贴模面弧形半径为4mm，横向和纵向等厚层板长度均为25mm。在Patran软件中创建出层板剖面图形(参见图1所示)，然后对所述三维层板图形进行30×100网格剖分处理(参见图7A所示)，获得带有节点的层板模型(显示屏上会有彩色三维图片显示)，并将所述节点层板模型保存为一个文本格式文件，即CurveL.TXT；

第二步：在所述成型工艺参数设置单元2中提取工艺参量F₂，温度-时间关系为以1.5℃/min的升温速率从室温25℃升到130℃，在130℃下恒温20min后以1.5℃/min的升温速率从130℃升到180℃并恒温1小时，然后自然冷却。根据温度-时间关系在计算机上通过解析生成时间和温度数据，将其保存在temperatedata.txt文件中，外加正压力P_a为0.3MPa，真空度为0.1MPa，加压时机为4600s。在计算机可视化界面(参见图4所示)设置模拟总时间为1200s、时间步长Δt＝10s。

第三步：在所述材料特性数据库单元3中提取材料参量F₃，树脂种类：环氧树脂，纤维种类：碳纤维，织物类型：单向预浸料，铺层方式：单向铺层，纤维沿0°方向铺放。根据所述材料参量，可以从材料特性数据库中提取出计算所需的与纤维和树脂相关参量包括粘度模型、渗透率模型、压缩模型中的参数。

第四步：在所述缺陷特性数据库单元4中提取缺陷特性参量F₄，所述缺陷特性参量F₄为阻止气泡生长的树脂最小压力P_v，即热压成型前树脂吸水量达到平衡时的相对湿度(RH)₀为50％；热压成型温度T由成型工艺参数设置单元2提取的工艺参量F₂中温度与时间关系曲线得到。

第五步：在所述工艺优化目标设置单元6中提取工艺优化的目标参量F₆；目标平均纤维体积分数为63％，目标平均纤维体积分数的标准差为5％，孔隙缺陷产生概率P₁为0。

第六步：在所述初始工艺窗口单元7中提取出初始工艺窗口F₇＝{T1_min，T1_max，Pc_min，Pc_max}，T1_min为120℃，T1_max为130℃，Pc_min为0.1MPa，Pc_max为0.6MPa。

第七步：首先设定T1＝120℃，Pc＝0.1MPa，对加压时机t_cjia进行优化；

第八步：在所述树脂基复合材料热压成型模拟单元5中将初始设置参量F₁、成型工艺参量F₂、材料参量F₃在树脂流动与层板变形关系式W₁中处理，解析得到制件内树脂压力P_r、纤维体积分数V_f以及制件平均纤维体积分数然后将平均纤维体积分数代入适应度函数F_i中解析得到适应度参量；然后将制件内树脂压力P_r与缺陷特性参量F₄中的阻止气泡生长的树脂最小压力P_v比较，获得孔隙缺陷产生概率P₁；

第九步：拾取优化算法函数F₀，并重复第八步，直到适应度参量和孔隙缺陷产生概率P₁同时满足停止规则，计算结束，将结果输出至热压罐或存储到计算机(模拟时的界面如图7B)中；解析获得单向铺30层的碳纤维/环氧树脂曲率层板优化后工艺窗口，参见图7C，图中a点、b点表示在一定的温度和压力条件下，满足目标平均纤维体积分数为63±5％，孔隙缺陷产生概率P₁为0的加压时机取值下限和上限。

同时，在优化后的工艺窗口中选择工艺条件，即第一平台温度为130℃，施加压力为0.5MPa，加压时机为3800s，制备了单向铺30层的碳纤维/环氧树脂曲率层板，制得层板平均纤维含量为64％，孔隙率为0.8％，满足了优化目标要求。

本发明是一种适用于树脂基复合材料曲率层板，在热压成型过程中的工艺窗口优化方法，该方法以树脂基复合材料热压成型模拟单元、工艺参数优化目标设置单元为基础，结合缺陷特性数据库单元，给出曲率层板热压成型工艺窗口，在优化的工艺窗口内可以制备出满足层板平均纤维体积分数和缺陷产生概率要求的曲率层板，在热压成型过程中出现缺陷时进行报警，指导树脂基复合材料曲率层板热压成型工业化作业，提高产品合格率。