摘 要

固化变形是复合材料构件不可避免的问题之一。固化变形问题不仅导致成品形状和设计形状产生较大差异，而且给构件后续的装配带来困难。伴随着复合材料的诞生，固化变形问题一直是国内外学术和工程界研究的重点。通常固化成型的降温阶段被认为是复合材料结构翘曲变形产生的主要阶段。对该阶段材料热变形的分析被认为是固化变形预报的重要基础。本文利用复合材料热变形的可逆性，对成型后构件进行回温，研究复合材料的热变形行为。

本文采用采用热压罐成型工艺，在钢质口型封闭式模具上分别制作了不同厚度、不同铺层的复合材料L型构件以及U型、口型构件。通过测量构件固化后的翘曲量和角度变化，分析了厚度、铺层方式、几何结构对复合材料固化变形的影响。

通过自行搭建的非接触式激光反射翘曲测量系统对不同的复合材料L型构件角度随温度的变化进行测量，分析其热变形行为。并将测量结果与通用的热回弹角预测公式预测值进行对比，验证了其有效性。为今后复合材料的固化变形预报提供了参考。

关键词：固化变形；回弹角；厚度；铺层；构型

Abstract

Deformation during the curing of composites parts in the autoclave is inevitably occurred. The problem of curing deformation results form a big difference between the shape of cured components and expectation, but also will affect the assembly of different composites parts. With the appearance of composite materials, curing deformation has been the focus of academic and engineering research at home and abroad. Cool-down from the final hold temperature is usually considered to be the main stage that the warping may be occurred. The study of this temperature range is recognized as important foundation that forecasts curing deformation. Because of its thermal deformation reversibility, heating components is an effective method to study composite materials thermal deformation behavior.

In this paper, we will use autoclave molding process and closed steel mold to manufacture L-shaped, U-shaped and square-shaped with various thickness and lay-up .In order to analysis the effect of thickness、lay-up and shape, we need to use protractor to measure the spring-in angle and warping of the composites after curing.

To analyze its thermal deformation behavior, we will put the L-shaped components into closed heating unit with glass windows for heating and use non-contact laser reflection system to gauge its spring-in angle. In addition, we compare the measurement with the general spring-in angle prediction formula predictive value as a result we inspect the accuracy of the spring-in angle prediction formula so as to provide reference for curing deformation of composite materials in the future.

Key word: Curing deformation； Spring-in； Thickness； Lay-up； Shape

目录

第一章 绪论 1

1.1复合材料的应用进展 1

1.1.1复合材料的分类 1

1.1.2复合材料的构造与特性 1

1.1.3复合材料的应用与发展 2

1.2复合材料的固化变形问题及基本成因讨论 3

1.2.1内部因素 5

1.2.2外部因素 6

1.3复合材料的热变形问题 7

1.4本文研究内容 9

第二章 不同构型L型制件的制备和翘曲度测量 11

2.1热压罐固化成型工艺简介 11

2.1.1热压罐结构 11

2.1.2热压罐成型工艺的优缺点 11

2.1.3热压罐的操作步骤 12

2.2不同构型L型制件的制备过程 13

2.2.1不同厚度的L型制件的制备 14

2.2.2不同铺层设计的L型构件的制备 15

2.2.3不同几何结构的构件制备 15

2.3固化后变形的测量 16

2.3.1试样回弹角测量 17

2.3.2试样翘曲变形测量 17

第三章 不同构型L型构件回温过程变形测量 21

3.1非接触式激光反射翘曲测量系统搭建 21

3.2不同构型L型构件回温过程变形测试结果 22

3.3L型构件回温过程变形分析 25

第四章 结论与展望 27

参考文献 28

致谢 30

第一章 绪论

1.1复合材料的应用进展

1.1.1复合材料的分类

复合材料是指由两种或多种不同性能、不同形态的组分材料（Constituent materials）通过复合工艺组合而成的一类有用多相材料^[1]。基体相、增强相和界面相三者组成复合材料。通过复合来改善原料的性能或者符合某种物理化学性能上的特殊要求。此外，复合材料与其他材料的一个显要区别是多相结构存在着复合效应。复合效应包含相补效应、平均效应、平行效应、相抵效应、相乘效应、诱导效应、系统效应、共振效应。并且复合材料是各向异性材料，这使其在应用上有着巨大的优势。

复合材料的优点：(1)比强度(Specific strength)高、比模量(Specific modulus)大，要注意的是这是沿纤维方向的有关性能，并不是复合材料的各个方向，这是因为复合材料是各向异性的材料，各方向性能悬殊；(2)耐疲劳性好；(3)阻尼减震性好；(4)破损安全性好；(5)耐化学腐蚀性好；(6)电性能好；(7)热性能好^[2]。