一种缠绕结构固化变形确定方法、装置及设备与流程

本发明涉及纤维缠绕成型，特别是一种缠绕结构固化变形确定方法、装置及设备。

背景技术：

1、缠绕成型的基本原理是在控制张力和预定线型的条件下，将连续的纤维粗纱浸渍树脂胶液，连续的缠绕在相应尺寸的薄壁铝筒上，然后在加热条件下使之固化，制成一定形状制品。缠绕成型工艺中缠绕阶段和固化阶段是影响制品质量的关键环节，固化后制品的变形是否符合设计要求，直接影响专用设备运行的寿命和可靠性。

2、然而碳纤维复合材料在固化成型过程中，会由于复合材料的热膨胀系数各向异性，基体树脂在固化过程中的化学收缩，缠绕结构在固化过程中温度场不均匀和固化不同步，金属内衬与复合材料热膨胀的不匹配以及各个缠绕层的相互制约，使得缠绕制品在固化过程中会产生残余应力和变形，这些残余应力会改变缠绕制品的应力分布状态，使制品发生变形。传统缠绕成型固化工艺制度的确定需要反复试验、摸索，研制周期长、成本高，浪费了人力及物力资源，无法预先确定缠绕结构的固化变形情况。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种缠绕结构固化变形确定方法、装置及设备，可以模拟仿真缠绕结构的固化变形情况。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、一种缠绕结构固化变形确定方法，包括：

4、获取目标缠绕结构和目标筒体的几何参数；

5、根据所述目标缠绕结构在目标筒体上的缠绕状态的模拟仿真结果，得到目标缠绕结构和目标筒体的第一应力分布，以及目标缠绕结构的第一变形程度；

6、根据所述第一应力分布和第一变形程度，对所述目标缠绕结构在目标筒体上的固化状态进行模拟仿真，得到固化后目标缠绕结构的第二应力分布和第二变形结果。

7、可选的，根据所述目标缠绕结构在目标筒体上的缠绕状态的模拟仿真结果，得到目标缠绕结构和目标筒体的第一应力分布，以及目标缠绕结构的第一变形程度，包括：

8、根据所述目标缠绕结构和目标筒体的几何参数，确定有限元模型；

9、确定所述目标缠绕结构的线性热膨胀系数，通过等应变转换，得到目标温差，所述目标温差是与目标缠绕结构内部缠绕张力等价的温差；

10、根据所述目标温差，通过目标筒体的平衡方程和几何方程，得到目标缠绕结构和目标筒体的第一应力分布和目标缠绕结构的第一变形程度。

11、可选的，根据所述目标温差，通过目标筒体的平衡方程和几何方程，得到目标缠绕结构和目标筒体的第一应力分布和目标缠绕结构的第一变形程度，包括：

12、将所述目标温差输入所述目标筒体的平衡方程和几何方程进行处理，确定边界条件，得到所述第一应力分布和第一变形程度。

13、可选的，根据所述第一应力分布和第一变形程度，对所述目标缠绕结构在目标筒体上的固化状态进行模拟仿真，得到固化后目标缠绕结构的第二应力分布和第二变形结果，包括：

14、根据所述第一应力分布和第一变形程度，确定预定义场；

15、将所述预定义场作为初始状态，通过预设固化变形预测模型，得到所述目标缠绕结构在目标筒体上固化后的第二应力分布和第二变形结果。

16、可选的，通过预设固化变形预测模型，得到所述目标缠绕结构在目标筒体上固化后的第二应力分布和第二变形结果，包括：

17、通过所述固化变形预测模型中的热传导固化子模型，得到所述目标缠绕结构内部产生的热量；

18、通过所述固化变形预测模型中的非机械应变子模型，得到所述目标缠绕结构的热应变和收缩应变；

19、通过所述固化变形预测模型中的粘弹性本构子模型，得到所述目标缠绕结构的松弛刚度矩阵；

20、根据所述目标缠绕结构内部产生的热量、热应变和收缩应变和松弛刚度矩阵，得到固化后的第二应力分布和第二变形结果。

21、可选的，所述热传导固化子模型为：其中，ρ、cp、t分别为目标缠绕结构的密度、热容以及温度；kx、ky、kz分别为目标缠绕结构三个方向的热传导系数；q是目标缠绕结构内部产生的热量。

22、可选的，所述粘弹性本构子模型的积分型求解为：其中σi(t)为应力，cij为刚度矩阵，ξt和ξ′为折算时间，ε(t′)为应变。

23、本发明还提供一种缠绕结构固化变形确定装置，包括：

24、获取模块，用于获取目标缠绕结构和目标筒体的几何参数；

25、处理模块，用于根据所述目标缠绕结构在目标筒体上的缠绕状态的模拟仿真结果，得到目标缠绕结构和目标筒体的第一应力分布，以及目标缠绕结构的第一变形程度；根据所述第一应力分布和第一变形程度，对所述目标缠绕结构在目标筒体上的固化状态进行模拟仿真，得到固化后目标缠绕结构的第二应力分布和第二变形结果。

26、本发明还提供一种计算设备，包括：处理器、存储有计算机程序的存储器，所述计算机程序被处理器运行时，执行如上述的方法。

27、本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上述的方法

28、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

29、本发明的上述方案，通过：获取目标缠绕结构和目标筒体的几何参数；根据所述目标缠绕结构在目标筒体上的缠绕状态的模拟仿真结果，得到目标缠绕结构和目标筒体的第一应力分布，以及目标缠绕结构的第一变形程度；根据所述第一应力分布和第一变形程度，对所述目标缠绕结构在目标筒体上的固化状态进行模拟仿真，得到固化后目标缠绕结构的第二应力分布和第二变形结果。可以模拟仿真缠绕结构的固化变形情况。

技术特征：

1.一种缠绕结构固化变形确定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的缠绕结构固化变形确定方法，其特征在于，根据所述目标缠绕结构在目标筒体上的缠绕状态的模拟仿真结果，得到目标缠绕结构和目标筒体的第一应力分布，以及目标缠绕结构的第一变形程度，包括：

3.根据权利要求2所述的缠绕结构固化变形确定方法，其特征在于，根据所述目标温差，通过目标筒体的平衡方程和几何方程，得到目标缠绕结构和目标筒体的第一应力分布和目标缠绕结构的第一变形程度，包括：

4.根据权利要求1所述的缠绕结构固化变形确定方法，其特征在于，根据所述第一应力分布和第一变形程度，对所述目标缠绕结构在目标筒体上的固化状态进行模拟仿真，得到固化后目标缠绕结构的第二应力分布和第二变形结果，包括：

5.根据权利要求4所述的缠绕结构固化变形确定方法，其特征在于，通过预设固化变形预测模型，得到所述目标缠绕结构在目标筒体上固化后的第二应力分布和第二变形结果，包括：

6.根据权利要求5所述的缠绕结构固化变形确定方法，其特征在于，所述热传导固化子模型为：其中，ρ、cp、t分别为目标缠绕结构的密度、热容以及温度；kx、ky、kz分别为目标缠绕结构三个方向的热传导系数；q是目标缠绕结构内部产生的热量。

7.根据权利要求5所述的缠绕结构固化变形确定方法，其特征在于，所述粘弹性本构子模型的积分型求解为：其中σi(t)为应力，cij为刚度矩阵，ξt和ξ′为折算时间，ε(t′)为应变。

8.一种缠绕结构固化变形确定装置，其特征在于，包括：

9.一种计算设备，其特征在于，包括：处理器、存储有计算机程序的存储器，所述计算机程序被处理器运行时，执行如权利要求1至7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至7任一项所述的方法。

技术总结
本发明提供一种缠绕结构固化变形确定方法、装置及设备，所述方法包括：获取目标缠绕结构和目标筒体的几何参数；根据所述目标缠绕结构在目标筒体上的缠绕状态的模拟仿真结果，得到目标缠绕结构和目标筒体的第一应力分布，以及目标缠绕结构的第一变形程度；根据所述第一应力分布和第一变形程度，对所述目标缠绕结构在目标筒体上的固化状态进行模拟仿真，得到固化后目标缠绕结构的第二应力分布和第二变形结果。本发明的方案可以模拟仿真缠绕结构的固化变形情况。

技术研发人员：吴晓岚,李武胜,孙炳君,胡玉霞,孟祥姝
受保护的技术使用者：中核（天津）科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/20