RTM 工艺充模过程数值模拟及实验比较

树脂传递模塑(RTM ) 工艺越来越成为一种高效的先进纤维增强复合材料的制造方法, 其中RTM 的充模过程是一个很重要的步骤。本文对增强材料各向异性的二维RTM 充模过程进行数值模拟, 并把数值模拟结果和实验结果相比较。      

RTM加工工艺充模过程的计算机模拟

RTM加工工艺是一种先进复合材料加工的方法。但这种加工工艺技术含量高,设计不当非常容易出次品,尤其注射口和溢料口的设计。因此相当多的科技工作者对RTM加工工艺进行了计算机模拟研究,并已得到很大的发展,其计算方法和实验手段已获得广泛认可。由于有限元控制体积法不需要对变界面进行网格的重新划分而获得广泛采用。但是在众多的文献中,绝大多数使用的是三角形有限元网格,对于更加有效的四边形有限元网格没有提及或仅仅一笔带过。本文作者比较详细地阐述三角形和四边形有限元控制体积法的使用和实施,通过例子分析了三角形单元、四边形单元及其混合使用的情况下的计算结果。分析表明,四边形单元计算精度高、速度快,与三角形混合使用情况良好。     

视窗化RTM工艺充模过程模拟仿真技术研究

根据RTM工艺树脂流动充模模型,研究和开发了基于FEM/CV算法的RTM工艺复杂渗流充模过程数值模拟软件平台-BHRTM-2。BHRTM-2在视窗系统下运行,带有FEM网格捕捉器窗口可直观方便地设置注射口、溢料口和工艺参数,操作简单,能够模拟复杂边界制件的树脂流动充模过程、显示充模过程中任意时刻模腔内压力的分布场、流动前峰和预测充模时间及可能的干斑缺陷位置,为RTM工艺设计与优化提供了有效技术手段。文中对BHRTM-2的模拟结果的正确性和可靠性进行了理论与实验验证,并给出了具体算例。      

RTM工艺树脂流动过程数值模拟及实验比较

树脂充模是RTM工艺成型过程中的重要一环。研究了RTM工艺树脂流动过程的特点,建立了树脂渗流控制方程。采用贴体坐标/有限差分法模拟了树脂渗流过程,给出了不同时刻树脂流动前沿曲线及终止时刻压力场分布,计算结果与试验结果吻合良好。     

RTM工艺参数对树脂充模过程影响 的模拟与实验研究

通过开发计算机程序与有限元/控制体积分析软件,能够实现对任意复杂三维形状复合材料构件的造型和RTM工艺充模过程的模拟。研究了改变工艺参数时工字孔平板的RTM工艺模拟结果和实验结果,两者基本保持一致;证明了恒压注射情况下,充模时间与注射压力、渗透率成反比,与树脂粘度成正比;也证实了该模拟软件确实可用于预测树脂流动模式以及成型效率,为RTM实际工艺设计与优化提供了有效的技术手段。      

厚截面构件RTM注射工艺树脂流动过程模拟

针对厚截面构件的RTM工艺过程,研究了三维树脂流动问题。基于六面体单元,采用有限单元/控制体积方法,开发了三维树脂流动过程模拟程序HEXCV。与解析解比较验证了HEXCV程序的稳定性和可靠性。算例研究表明,HEXCV程序可为工艺过程设计提供有效的参考依据。      

RTM工艺树脂流动过程数值模拟

RTM工艺过程数值模拟对模具设计、工艺过程控制及参数优化非常重要。本文作者介绍了RTM工艺过程及特点,给出了树脂渗流控制方程,阐述了RTM工艺过程数值模拟存在的主要问题,采用贴体坐标/有限差分法和网格分区划分法模拟了模具内有插入物情形下的RTM工艺树脂渗流过程,给出了不同时刻树脂流动前沿曲线、计算网格及终止时刻压力场分布,确定了排气孔位置,计算结果与其它研究结果吻合良好。结果表明:贴体坐标/有限差分法和网格分区划分法适合解决复杂边界及可移动边界问题。     

复杂形状三维薄壁构件RTM制造工艺注模过程模拟

采用有限单元/控制体积方法,编写了RTM工艺注模过程模拟程序SHELLCV。SHELLCV程序包含三角形壳元和矩形壳元两种单元,可以模拟复杂形状三维薄壁构件的RTM制造工艺注模过程,得到任意时刻的树脂流动前峰曲线、压力场分布。与解析解比较验证了SHELLCV程序的稳定性和可靠性。算例研究表明SHELLCV程序可为工艺设计:注射口和排气口的布置,合模压力提供有效的参考依据。      

RTM多孔注射工艺树脂流动过程数值模拟

介绍了RTM工艺过程及特点,给出了树脂渗流控制方程。阐述了RTM工艺应用于大尺寸,高纤维含量构件时存在的主要问题。采用贴体坐标/有限差分法模拟了双孔注射情形下树脂渗流过程,给出了不同时刻树脂流动前沿曲线,计算网格及终止时刻压力场分布,确定了排气孔位置,计算结果与其它研究结果吻合良好。     

复合材料RTM成型工艺固化过程三维数值模拟

复合材料RTM成型工艺固化过程数值模拟本质上是求解瞬态热传导和固化动力学耦合方程。本文中以控制体积技术将来自放热化学反应的非线性热源项处理成节点集中载荷,并采用有限元方法求解。以厚板构件的二维数值模拟与文献中结果比较证明了本文中方法的正确性,并讨论了厚度对温度分布的影响。对带孔圆筒形构件进行了算例研究,结果表明:本文方法在处理涉及复杂形状的问题时也具有良好稳定性与可靠性。      

RTM工艺注模过程模拟的有限元/控制体积方法和流动分析网络技术比较

分析了有限元/控制体积方法和流动分析网络技术两种算法的区别,结果表明:在三角形网格上两种算法是一致的,在矩形网格上流动分析网络技术(FAN)相对于传统的有限元/控制体积方法(FE/CVM)可以构造更精确的控制体积表面流率计算方案。算例研究表明:对于矩形网格流动分析网络技术预测的填充时间精度比传统的有限元/控制体积方法提高几倍左右。      

Numerical study of resin transfer molding (RTM) curing process

It is a very important phase in resin transfer molding (RTM) process that resin is cured. The result of the curing process determines the quality of a part, including mechanical properties, lifecycle of the part under high temperature and chemical properties. Therefore, it is very meaningful to discuss the curing process. In our work, the code is prepared based on unstructured mesh using divergence theorem. A case is used to verify properness of the code and the results are in good agreement with the published experiment data. In the paper, some factors of materials and numerical calculation, e.g., time step, reaction heat, the whole heat conductivity of fiber and resin and fiber initial temperature, which affect result of simulation, are emphatically investigated and carefully revealed. The conclusion shows that time step, the reaction heat and heat conductivity have an important effect on the curing process, while fiber initial temperature has very little impact. These are helpful to understand and adopt the curing process in order to produce good products.     

用于RTM工艺的改性氰酸酯树脂的研究

用环氧树脂改性氰酸酯树脂得到了可用于RTM工艺的树脂体系,借助于红外光谱（IR）、差示扫描量热（DSC）、热失重（TGA）等分析手段,研究了改性树脂体系的粘度特性、储存稳定性、反应性以及固化树脂的力学性能、耐热性、耐湿热性等。