基于XFlow的熱壓罐成型過程溫度場模擬*

張晨群，鮑益東，安魯陵，宦 蕾

（南京航空航天大學機電學院，南京 210016）

熱壓罐工藝是當前制造大型航空用復合材料的主要工藝[1]。在熱壓罐成型工藝中，模具工裝型面的溫度場分布是影響制件質(zhì)量的關鍵因素之一。成型過程中模具表面溫度分布不均會導致制件內(nèi)部存在溫度梯度，以至于制件固化不同步、在結構內(nèi)部產(chǎn)生殘余應力和殘余應變，最終會造成制件出現(xiàn)內(nèi)部缺陷、發(fā)生初始破壞，嚴重時會影響制件的質(zhì)量和使用壽命[2–4]。因此，分析和研究熱壓罐成型過程時模具與復合材料構件接觸的表面溫度分布特點對改善復合材料構件最終的成型質(zhì)量具有重要意義。

當前大多數(shù)學者在模擬熱壓罐成型過程使用傳統(tǒng)的以網(wǎng)格為基礎的計算機流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）軟件，如CFX、Fluent 等[3,5–7]，在前處理時都需花費大量時間進行網(wǎng)格劃分等工作。而且對于熱壓罐成型這類流固耦合問題，傳統(tǒng)的網(wǎng)格劃分技術難以滿足實際工程上的精度要求。因此需要尋找一種能夠減少前處理時間、提升計算精度的方法來解決目前的問題。

本文將使用新一代流體力學軟件XFlow，建立框架式模具在熱壓罐中強迫對流換熱的有限元模型，并分析模具表面溫度場溫度分布規(guī)律及其影響因素。

XFlow 軟件及其原理

1 XFlow概述

傳統(tǒng)的CFD 軟件大都采用有限體積法[8]，如STAR–CCM、Phoenics、ANSYS Fluent，此外，CFX 混合使用有限體積法和有限元法。研究人員使用時需消耗大量的時間劃分網(wǎng)格，且計算結果的可靠性高度依賴網(wǎng)格質(zhì)量。……