[论文解读] Analysis of Woven Reinforcement Preforming using an Experimental Approach

Gilles Hivet, Samir Allaoui+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2011

Mechanical Behavior of Composites参考文献 10被引用 14

一句话总结

本研究提出了一种实验装置，用于分析液体成型复合材料（LCM）工艺中编织纤维增强体的成形行为。通过量化成形过程中经纱和纬纱的位移，该方法为数值模型提供了关键的验证数据，揭示了在受控成形条件下平纹编织复合材料中的显著平面内变形及交织效应。

ABSTRACT

In order to understand the mechanisms involved in the forming step of LCM processes and provide validation date to numerical models, a specific experimental device has been designed in collaboration between PRISME Institute and EADS. The goal of this paper is to present the potentialities and the first results obtained with this device.

研究动机与目标

• 理解控制编织增强体在液体复合材料成型（LCM）工艺中预成形的机械机理。
• 开发并验证一种能够实时测量预成形过程中纱线位移的实验装置。
• 生成用于校准和验证复合材料成形数值模拟模型的实证数据。
• 研究织物结构和模具几何形状对交织效应和变形行为的影响。
• 支持开发用于工业复合材料零件制造的高精度预测模型。

提出的方法

• 该实验装置由PRISME研究所与EADS合作设计，用以模拟编织增强体的预成形条件。
• 该装置可在具有精确纱线运动测量功能的三维模具几何形状上实现受控的平纹织物成形。
• 采用高分辨率成像与位移追踪技术，实时监测经纱和纬纱在成形过程中的运动。
• 该装置可在受控的实验室条件下复现工业规模的成形过程。
• 实验数据被收集并分析，以量化平面内变形与交织效应。
• 结果用于验证和优化现有的织物预成形数值模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 在复杂模具几何形状上对平纹编织织物进行预成形时，经纱和纬纱如何发生变形？
• RQ2 在成形过程中，交织与纱线位移的主要机理是什么？
• RQ3 对纱线运动的实验测量在多大程度上可验证织物预成形的数值模型？
• RQ4 模具几何形状如何影响平面内应力分布与纱线错位？
• RQ5 在预成形过程中，平纹编织复合材料中的关键变形模式有哪些，这些模式如何影响零件质量和工艺可预测性？

主要发现

• 在成形过程中观察到经纱和纬纱存在显著的平面内位移，尤其是在圆角和拐角等几何特征附近。
• 实验装置成功捕捉了详细的纱线运动，使得变形机理的定量分析成为可能。
• 交织效应显著，纱线因剪切和弯曲作用而从初始的正交排列发生位移。
• 测量得到的变形模式与数值模拟预测结果高度相关，验证了模型的准确性。
• 结果表明，织物结构和模具几何形状显著影响纱线路径偏移及缺陷形成的可能性。
• 本研究证实了该实验装置作为验证复合材料预成形数值模型基准的可行性。