仿真软件在航空典型结构件上的应用

摘 要 针对目前仿真软件在航空典型结构件上的应用缺陷，文章分析了仿真软件在航空典型结构件上的应用过程以及工艺检验技术，并提出了影响软件应用的问题因素。其目的是为相关建设者提供一些理论依据。

【关键词】仿真软件 航空典型结构件 VARI 流道布局影响

1 引言

随着我国市场经济发展进程的不断加快，人们对航空业建设的稳定性需求越来越高。然而，在生产航空典型结构件过程中，由于涉及的材料技术工艺复杂，使得其制造成本阻碍了航空业快速稳定的发展进程。基于此，相关建设人员应在明确研究其制造工艺技术应用重要性的前提下，找出工艺技术应用的最佳过程和结构件生产的最佳途径。

2 研究仿真软件在航空典型结构件上应用的重要性

在航空领域中树脂基等复合材料因其具备高比模量和高比强度的作用优势，被广泛应用于实践。然而，随着该类材料应用技术研究的不断深入，其使用成本较高的缺陷问题日益突出。在此行业状态下，开发出一种树脂基复合材料的新型成形方法，已经成为实现航空业快速稳定发展的急需解决问题。VARI（Vacuum Assisted Resin Infusion），是一种在真空状态下利用单面模具，将树脂浸润于纤维后固化成型的工艺方法。该工艺方法的应用不仅能够使树脂基复合材料在低温固化、热压罐以及结构件整体性的条件要求下实现成型，还能作用于零孔隙含量的航空典型结构件成型。因此，其被誉为生产航空典型结构件的制造工艺中最具发展潜力的工艺技术。然而，在该工艺技术的实际应用过程中，其存在制造复杂、涉及技术标准多以及工艺规范要求高的问题特点，这就在一定程度上阻碍了技术普及的发展进程。基于此，相关建设人员应通过仿真软件来提高VARI工艺方法成型的过程效率，从而满足航空业发展对典型结构件的应用需求。

3 仿真软件在航空典型结构件上的应用过程及工艺验证

3.1 应用过程

相关研究表明，VARI在成型复合材料构件工艺的过程中，容易受零件外型尺寸、结构形式、流道布局以及铺层设计等因素的影响。因此，相关建设人员应通过控制工艺技术应用的参数标准，来提高VARI工艺技术应用的稳定性。这是缩短航空典型结构件生产制造周期以及控制生产制造成本的关键。具体来说，航空典型结构件的生产制造人员可采用PAM-RTM仿真软件来实现VARI成型工艺的实际应用过程。

3.2 工艺验证

仿真软件在VARI成型工艺技术中的应用，需要通过相关的工艺验证，来保证树脂基复合材料的作用稳定性。据现有仿真软件技术的应用统计，生产建设人员应将树脂的浸润时间控制在7200s，并与仿真软件模拟的6800s相一致。这样一来，就能保证生产出的航空典型结构件能够满足实际应用的要求。

4 影响仿真软件在航空典型结构件上的应用因素

4.1 流道布局影响

结构件生产制造的流道布局将直接影响VARI工艺技术的作用效果。因此，相关建设人员应在明确其可能受到的影响因素基础上，实现树脂成型以及浸润预成型体内纤维的目标。相关研究表明，流道布局设计的问题主要体现在：设计不合理，这就会使得纤维体无法进行浸润、流道发生堵塞。在此情况下，树脂复合材料将难以在纤维预成型体内流动，成型后的典型结构件表面也会出现干斑、气孔以及贫胶等质量缺陷，严重的甚至会造成零件的报废。因此，相关建设人员应在保证仿真软件设计出的流道布局合理性的状态下，实现树脂材料的作用价值。

4.2 零件结构与铺层变化对纤维渗透率的影响

在应用VARI、RTM以及RFI进行液体成型工艺生产的过程中，树脂在纤维中的流动状态是直接影响航空典型结构件使用效果的关键因素。而树脂渗透于纤维的渗透率是影响树脂流动状态的主要控制因素，其能够直接反映树脂在纤维层中流动过程的难易程度。由此可以看出，渗透率的确定对VARI工艺有着至关重要的影响。相关研究表明，渗透率是由材料纤维中的物理特性及纤维层的内部结构来决定的。但实际零件的铺层和结构形式变化均会造成零件局部纤维渗透率的改变，准确掌握零件不同部位渗透率的变化对树脂流道设计至关重要。此外，典型件的实际渗透率分布受纤维铺层设计和外形结构的影响较大。因此，在进行流道设计的过程中，应在低渗透率的技术作用过程中，布置快速流道的，这就有效避免了干斑点的产生。

4.3 重力影响

在利用VARI工艺技术进行航空典型结构件的生产过程中，由于模具设计或模具摆放位置的影响，这就容易使纤维预成型体的位置与模拟时的位置出现偏差。在此情况下，VARI在进行工艺成型时，其仿真软件模拟时的重力方向就与实际的重力存在差异。因此，相关建设人员可通过改变预成型体摆放位置以及相应的设计方案调整，来避免实际重力方向与模拟重力方向出现的差异。此外，技术应用人员还要控制好参考点位置以及模拟参考点位置的作用结果，从而降低重力方向对树脂浸润时间所带来的影响。在一些树脂浸润较快的区域，其重力作用影响并不明显，其浸润时间的差异主要集中在浸润时间较长，树脂流动前锋最后到达的区域，通常该处也是容易产生缺陷的区域。如果忽略重力因素的影响，可能会导致上述区域纤维浸润不完全，甚至形成干斑，影响零件质量。值得注意的是，通过模拟得出的最短时间和最长时间相差约8%。而对于成型大型复合材料构件的工艺技术过程，即使是8%的时间也是忽略不计的。

5 结束语

通过前面的研究论述，仿真软件在航空典型结构件上应用需注意以下几点。首先，仿真软件在航空典型结构件上的应用过程，需通过控制工艺技术的参数标准，来提高VARI工艺技术应用的稳定性；其次，工艺验证要保证树脂复合材料的浸润时间与仿真软件模拟的时间相一致；最后，对于VARI工艺技术的重力影响，可通过渗透率以及浸润时间来进行有效控制。

参考文献

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作者单位

中国人民解放军96630部队 北京市 102200