Модель силового воздействия
После удаления избытков связующего и уплотнения материала заготовки деформированное состояние заготовки геометрически должно соответствовать изделию. Очевидно, что решение задачи изготовления конструкции заданной геометрии и однородности материала может быть получено только на основе анализа напряженно- деформированного состояния (НДС) системы основная оснастка - заготовка - цулага, возникающего люд действием приложенного давления, и изменения этого НДС в процессе формования. Однако это требует решения нестационарных нелинейных краевых задач механики сплошной среды, поскольку свойства материала заготовки за время формования существенно изменяются, что влечет за собой необходимость экспериментального определения большого числа параметров модели материала заготовки в каждый момент времени и учета влияния на НДС заготовки других процессор, протекающих в ее материале (фильтрация связующего, изменение вязкости и т.д.). Поэтому описание изменения начального НДС заготовки возможно только в рамках полного моделирования процесса формования.
Степень неоднородности ИДС профилей П- и L-образного сечения, формуемых на основной оснастке типа "пуансон" без цулаги, а геометрические характеристики конечного изделия практически совпадают с заданными чертежом. Поэтому изготовление профилей подобного типа в отдельных случаях возможно без цулаги. При формовании таких профилей на оснастке типа "матрица" для предотвращения не про прессовок из-за возможного зависания дренажных и разделительных слоев и вакуумного мешка целесообразно применение резиновых вкладышей.
Указанных недостатков лишен разработанный в ГП ВИАМ новый метод формования и сборки конструкций. Метод получил название “Фаворит”, что является аббревиатурой слов ’’Формование автоклавное, вакуум отсутствует, российское изобретение Теребенина”.
По этому методу предлагается создавать интегральные конструкции путем членения конструкции на отдельные заранее изготовленные детали или полуфабрикаты деталей с последующей сборкой в агрегат с помощью клеев и присадочных материалов в автоклаве без герметизирующего чехла и системы вакуумирования.
Предварительное изготовление отдельных, входящих в интегральную конструкцию конструктивных элементов, позволяет получить гарантированное качество основные несущих элементов благодаря упрощению формы конструкции и получению возможности проконтролировать качество этих элементов непосредственно перед изготовлением интегральной конструкции.
Отличительной особенностью метода является возможность из прямолинейна» гибких элементов формировать криволинейную интегральную конструкцию. Можно также обеспечить образование в интегральной конструкции открытых и замкнутых полостей и получить таким образом конструкцию с оптимальной удельной жесткостью и несущей способностью. Тогда как традиционным вакуумно-автоклавным методом формования изготовить интегральную конструкцию с замкнутой полостью очень сложно и этот метод требует больших затрат по трудоемкости на изготовлении сложной оснастки и больших трудностей непосредственно на операции выкладки и сборки входящих элементов перед формованием.
Еще одна особенность данного метода заключается в том, что с его помощью можно надежно соединить детали, подходящие одна к другой под углом и не имеющих общих поверхностных контактов. В этом случае соединение таких сопрягающихся деталей осуществляется с использованием соединительных элементов, изготовленных из так называемого присадочного материала, который может иметь любой армирующий наполнитель и ту же клеевую матрицу, которая закладывается для склеивания отвержденных или неотвержденных элементов в данной интегральной конструкции или другую матрицу, но с однотипным режимом отверждения. Соединительные элементы могут иметь любую форму, но как правило, наиболее удобными формами являются косынки, уголки, швеллеры.
Минимальная неоднородность температурного, а следовательно, и конверсионного поля при ВАФ тонкостенных изделий возможна только в условиях симметричного нагрева. При этом разность температур на противолежащих сторонах формуемой заготовки зависит только от ее толщины и скорости нагрева. Модель теплового воздействия позволяет рассчитать теплотехнические характеристики основной и вспомогательной оснастки и их материалоемкость, обеспечивающие эти условия.
Для изделий сложной геометрической формы невозможно сформировать в условиях ВАФ такое НДС формуемой заготовки, которое удовлетворяло бы одновременно двум требованиям - обеспечить заданные геометрические размеры и форму изделия и однородность материала изделия. Поскольку основной задачей силового воздействия является уплотнение материала, сопровождающееся удалением излишков связующего из заготовки, то с целью уменьшения отрицательных последствий силового воздействия необходимо уже на стадии изготовления препрега и выкладки заготовки добиваться заданного соотношения компонентов и степени уплотнения материала заготовки. Это тем более важно, что излишки армирующего наполнителя удалить из заготовки невозможно, а это приводит к отклонению формы волокон от прямолинейной и в конечном итоге к появлению складок. Модель силового воздействия, позволяющая анализировать влияние геометрии изделий, жесткостных характеристик и конструкции вспомогательной оснастки (цулага) и упругих характеристик формуемого материала на мгновенное НДС заготовки при подаче давления формования, обеспечивает поиск компромиссного решения.