仿真軟件在航空典型結構件上的應用

摘 要 針對目前仿真軟件在航空典型結構件上的應用缺陷，文章分析了仿真軟件在航空典型結構件上的應用過程以及工藝檢驗技術，并提出了影響軟件應用的問題因素。其目的是為相關建設者提供一些理論依據。

【關鍵詞】仿真軟件 航空典型結構件 VARI 流道布局影響

1 引言

隨著我國市場經濟發展進程的不斷加快，人們對航空業建設的穩定性需求越來越高。然而，在生產航空典型結構件過程中，由于涉及的材料技術工藝復雜，使得其制造成本阻礙了航空業快速穩定的發展進程。基于此，相關建設人員應在明確研究其制造工藝技術應用重要性的前提下，找出工藝技術應用的最佳過程和結構件生產的最佳途徑。

2 研究仿真軟件在航空典型結構件上應用的重要性

在航空領域中樹脂基等復合材料因其具備高比模量和高比強度的作用優勢，被廣泛應用于實踐。然而，隨著該類材料應用技術研究的不斷深入，其使用成本較高的缺陷問題日益突出。在此行業狀態下，開發出一種樹脂基復合材料的新型成形方法，已經成為實現航空業快速穩定發展的急需解決問題。VARI（Vacuum Assisted Resin Infusion），是一種在真空狀態下利用單面模具，將樹脂浸潤于纖維后固化成型的工藝方法。該工藝方法的應用不僅能夠使樹脂基復合材料在低溫固化、熱壓罐以及結構件整體性的條件要求下實現成型，還能作用于零孔隙含量的航空典型結構件成型。因此，其被譽為生產航空典型結構件的制造工藝中最具發展潛力的工藝技術。然而，在該工藝技術的實際應用過程中，其存在制造復雜、涉及技術標準多以及工藝規范要求高的問題特點，這就在一定程度上阻礙了技術普及的發展進程。基于此，相關建設人員應通過仿真軟件來提高VARI工藝方法成型的過程效率，從而滿足航空業發展對典型結構件的應用需求。

3 仿真軟件在航空典型結構件上的應用過程及工藝驗證

3.1 應用過程

相關研究表明，VARI在成型復合材料構件工藝的過程中，容易受零件外型尺寸、結構形式、流道布局以及鋪層設計等因素的影響。因此，相關建設人員應通過控制工藝技術應用的參數標準，來提高VARI工藝技術應用的穩定性。這是縮短航空典型結構件生產制造周期以及控制生產制造成本的關鍵。具體來說，航空典型結構件的生產制造人員可采用PAM-RTM仿真軟件來實現VARI成型工藝的實際應用過程。

3.2 工藝驗證

仿真軟件在VARI成型工藝技術中的應用，需要通過相關的工藝驗證，來保證樹脂基復合材料的作用穩定性。據現有仿真軟件技術的應用統計，生產建設人員應將樹脂的浸潤時間控制在7200s，并與仿真軟件模擬的6800s相一致。這樣一來，就能保證生產出的航空典型結構件能夠滿足實際應用的要求。

4 影響仿真軟件在航空典型結構件上的應用因素

4.1 流道布局影響

結構件生產制造的流道布局將直接影響VARI工藝技術的作用效果。因此，相關建設人員應在明確其可能受到的影響因素基礎上，實現樹脂成型以及浸潤預成型體內纖維的目標。相關研究表明，流道布局設計的問題主要體現在：設計不合理，這就會使得纖維體無法進行浸潤、流道發生堵塞。在此情況下，樹脂復合材料將難以在纖維預成型體內流動，成型后的典型結構件表面也會出現干斑、氣孔以及貧膠等質量缺陷，嚴重的甚至會造成零件的報廢。因此，相關建設人員應在保證仿真軟件設計出的流道布局合理性的狀態下，實現樹脂材料的作用價值。

4.2 零件結構與鋪層變化對纖維滲透率的影響

在應用VARI、RTM以及RFI進行液體成型工藝生產的過程中，樹脂在纖維中的流動狀態是直接影響航空典型結構件使用效果的關鍵因素。而樹脂滲透于纖維的滲透率是影響樹脂流動狀態的主要控制因素，其能夠直接反映樹脂在纖維層中流動過程的難易程度。由此可以看出，滲透率的確定對VARI工藝有著至關重要的影響。相關研究表明，滲透率是由材料纖維中的物理特性及纖維層的內部結構來決定的。但實際零件的鋪層和結構形式變化均會造成零件局部纖維滲透率的改變，準確掌握零件不同部位滲透率的變化對樹脂流道設計至關重要。此外，典型件的實際滲透率分布受纖維鋪層設計和外形結構的影響較大。因此，在進行流道設計的過程中，應在低滲透率的技術作用過程中，布置快速流道的，這就有效避免了干斑點的產生。

4.3 重力影響

在利用VARI工藝技術進行航空典型結構件的生產過程中，由于模具設計或模具擺放位置的影響，這就容易使纖維預成型體的位置與模擬時的位置出現偏差。在此情況下，VARI在進行工藝成型時，其仿真軟件模擬時的重力方向就與實際的重力存在差異。因此，相關建設人員可通過改變預成型體擺放位置以及相應的設計方案調整，來避免實際重力方向與模擬重力方向出現的差異。此外，技術應用人員還要控制好參考點位置以及模擬參考點位置的作用結果，從而降低重力方向對樹脂浸潤時間所帶來的影響。在一些樹脂浸潤較快的區域，其重力作用影響并不明顯，其浸潤時間的差異主要集中在浸潤時間較長，樹脂流動前鋒最后到達的區域，通常該處也是容易產生缺陷的區域。如果忽略重力因素的影響，可能會導致上述區域纖維浸潤不完全，甚至形成干斑，影響零件質量。值得注意的是，通過模擬得出的最短時間和最長時間相差約8%。而對于成型大型復合材料構件的工藝技術過程，即使是8%的時間也是忽略不計的。

5 結束語

通過前面的研究論述，仿真軟件在航空典型結構件上應用需注意以下幾點。首先，仿真軟件在航空典型結構件上的應用過程，需通過控制工藝技術的參數標準，來提高VARI工藝技術應用的穩定性；其次，工藝驗證要保證樹脂復合材料的浸潤時間與仿真軟件模擬的時間相一致；最后，對于VARI工藝技術的重力影響，可通過滲透率以及浸潤時間來進行有效控制。

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作者單位

中國人民解放軍96630部隊 北京市 102200