[论文解读] Experimental approach for optimizing dry fabric formability

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

Mechanical Behavior of Composites参考文献 10被引用 8

一句话总结

本文提出了一种结合机械与光学模块的新型实验装置，用于研究液体成型工艺（LCM）中干态织物的成形性。该系统可在成形过程中实现实时三维变形与剪切角测量，验证了数值模型，并展示了在精确工艺控制下制造复杂双曲面织物零件的可行性。

ABSTRACT

In order to understand the mechanisms involved in the forming step of LCM processes and provide validation data to numerical models, a specific experimental device has been designed in collaboration between PRISME Institute and EADS. This toot also makes it possible to test the feasibility to obtain specific double curved shape constituted with dry fabric reinforcement. It contains one mechanical module containing the classical tools in forming process, (punch, blank holder, and open-die), and one optical module to measure the 3D-deformed shape and the distribution of local deformations, like shear angles of the woven reinforcement during all the process. 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

• 理解干态织物增强体在LCM工艺中的成形机理。
• 开发一种实验工具，用于验证织物成形的数值模拟模型。
• 评估使用干态织物成形工艺制造双曲面织物构件的可行性。
• 测量成形过程中的局部变形分布，包括剪切角。
• 提供工业成形条件下织物行为的定量数据。

提出的方法

• 设计一种集成机械模块与标准成形工具（冲头、压边圈、开放式模具）的混合实验装置。
• 集成光学模块，用于在成形过程中进行全场三维形状与局部变形测量。
• 采用数字图像相关法（DIC）或类似光学技术，捕捉表面变形与剪切应变分布的实时数据。
• 由PRISME研究所与EADS协同开发，确保实验装置符合工业成形需求。
• 在受控条件下对干态织物增强体进行成形试验，以捕捉变形演化过程。
• 整合机械与光学数据流，实现对成形行为的同步分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 干态织物增强体在复杂成形工艺中，特别是在双曲面几何形状下，如何发生变形？
• RQ2 干态织物预成型体成形过程中，局部剪切应变的分布特征是什么？
• RQ3 该实验装置能否实时准确捕捉三维变形与剪切角？
• RQ4 实验结果与数值模拟预测的吻合程度如何？
• RQ5 在不产生缺陷的前提下，成形复杂干态织物形状的工艺极限是什么？

主要发现

• 实验装置成功实现了对干态织物增强体在成形过程中三维变形形状的高空间分辨率捕捉。
• 实时测量了编织织物增强体的局部剪切角，揭示了零件各部位非均匀的变形模式。
• 该系统展示了使用干态织物预成型体制造复杂双曲面织物构件的可行性。
• 生成了可用于数值模型定量验证的数据，增强了基于仿真进行工艺设计的信心。
• 机械与光学一体化装置实现了力、位移与表面变形的同步测量，提升了对工艺过程的理解。
• 初步结果表明具有良好的重复性与对工艺参数的敏感性，为后续优化研究提供了支持。