RTM工艺充模过程模拟研究进展

主要介绍了RTM工艺树脂充模过程的流动模式、充模过程模拟的流动模型和模拟方法。讨论了不同模拟情况下所需的合理假设、边界条件的设置以及采用的不同数值计算方法。同时,介绍了目前基于数值计算的RTM仿真软件,提出了RTM充模仿真研究的未来发展趋势。     

RTM工艺干斑缺陷形成分析及其两相流仿真预测研究

本文针对干斑形成过程的两相流仿真预测技术进行了研究。首先分析了树脂宏观流动前沿包络形成干斑及之后的演变过程,讨论了排除干斑的方法。然后建立了RTM充模过程中树脂-空气两相流动数学模型,通过对Fluent软件进行二次开发实现了充模过程以及干斑缺陷形成过程的两相流仿真预测。最后,通过对边缘效应导致的干斑形成过程进行仿真,验证了上述算法的正确性。     

基于毛细管力作用下的非晶聚合物微纳米结构热压流动模拟

研究了微纳米热压印过程中,毛细管力对非晶体聚合物在高深宽比模腔中充模的影响。应用润滑近似理论,建立了基于毛细管力作用下,聚合物在微纳米孔中的非等温Hele-Shaw可压缩流动模型。采用有限元/有限差分方法求解所建立的热压印控制方程,并对分析结果进行了实验验证。数值模拟和实验结果吻合,表明毛细管力对聚合物流体在纳米级模腔充模中不可忽略;此外,所提出的模型也可以为微纳米压印成型优化中参数的确定提供有力依据。     

引擎盖VARTM成型充模流动模拟及优化

利用RTM-worx仿真模拟软件对引擎盖模型真空辅助树脂传递模塑(VARTM)成型工艺过程进行充模流动模拟,根据引擎盖模型的充模流动模拟结果,确定最终注射方案,并与引擎盖模型的VARTM成型工艺过程相比较。试验结果表明,VARTM成型过程与充模流动结果吻合较好,RTM-worx仿真模拟软件能够有效地对引擎盖模型进行充模流动模拟及优化。     

气辅共注成型充模流动过程全三维数值模拟

根据流体体积法思想，各变量场由多相分层流动的各相可通过体积加权平均求得，把气体视为一种拟流体，首次建立了气辅共注成型过程的理论模型。该模型较真实地反映了气辅共注成型的多相分层流动充模过程，克服了传统气辅注射成型中气相处理的弊端。同时，提出了使用VOF法、罚函数法和SUPG法等方法建立与该模型相适应的全三维数值模拟算法的指导思想，并给出了数值模拟算例。     

RTM工艺充填过程的动态仿真

建立了树脂传递模塑成型(RTM)工艺充模过程的数学模型,并采用有限元/控制体积法实现了对复杂薄壁构件的充填模式、压力场和速度场的动态仿真.算例表明,该法可以快速有效地描述RTM工艺的充填过程.     

基于PAM-RTM的CFRP平板RTM工艺及孔隙缺陷仿真

树脂传递模塑(RTM)成型过程中不同工艺参数对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)构件质量和性能有极大影响。为了精准设计RTM成型参数,降低最终构件的孔隙缺陷含量,分析充模过程中两种尺度孔隙率的变化及在构件中的分布规律,基于PAM-RTM软件对CFRP平板模型RTM成型的充模及双尺度孔隙形成进行了仿真模拟。分析了不同树脂黏度、浇注压力对填充时间及宏观和微观孔隙分布、孔隙率的影响规律;在构件中选取了不同位置的横向轴线并对比轴上宏观/微观孔隙的含量及分布特征,分析随着距离浇注口位置变化孔隙率的变化规律。结果表明,在恒压浇注条件下,浇注压力越大,树脂黏度越小,填充时间越短;树脂黏度为0.1 Pa·s、浇注压力为1.5 MPa时,充模时间最小,为13.11 s。宏观孔隙率随浇注压力升高而减小,微观孔隙率则相反。宏观孔隙在开始填充一段时间后形成,孔隙率最终在出胶口达到最大值;微观孔隙则在填充初始阶段开始形成,孔隙率随着填充距离增加逐渐减小。3条横向轴上两种尺度孔隙率的变化趋势相近;浇注压力影响宏观孔隙开始形成的位置及微观孔隙结束形成的位置,并影响填充结束时的最大宏观孔隙率和填充开始时的最大微观孔...     

气体辅助注射成型充模流动模拟

本文建立了描述气体辅助注射成型充模流动过程的数学模型,并采用有限元/有限差分混合算法进行数值求解,在对移动边界的处理上采用控制体积法对充模过程中的两类移动边界:熔体前沿、熔体-气体边界进行跟踪,从而实现气体辅助注射成型充模过程的数值模拟。通过对一平板带厚筋结构进行数值分析验证了本文给出的理论算法及软件的可靠性。     

橡胶注射充模过程的数值分析

借鉴塑料熔融注射技术，研究了胶料粘弹性引起的入口附加压力降和固体壁面滑移速度对充模过程的影响，从而建立了橡胶在薄矩形模腔内充模流动的数学模型。采用有限单元和有限差分混合方法求数值解。通过计算程序预测了充模过程中前锋线的移动及流动场，并根据模拟计算结果，分析讨论了各因素对充模压力的影响。     

高精度雷达罩RTM工艺与模具设计

介绍了RTM(树脂传递模塑)工艺的特点,并对RTM法制造高精度飞机雷达罩的充模流动、工艺控制要点和模具设计方法等作了简要的论述。     

气辅注射成型矩形腔中熔体流动的数值模拟

应用Hele-Shaw物理模型和改进的Ｃross流变模型对辅助射成型过程中充填区域内熔体的流动进行数值模拟,采用控制体积法对充模过程中的熔体前沿、熔体－气体边界进行跟踪,运用有限元／有限差分混合数值方法求解气体注射阶段的速度场、压力场、温度场,以图表的形式列举了不同时刻压力场的分布和充模过程中的流线图。在计算过程中,采用压力场和温度场耦合的方法。     

橡胶注射过程中压力变化的研究

对橡胶注射过程中的压力变化进行了理论与实验研究。充模流动模型的压力、能量控制方程分别为：选用高斯方法求解总体有限元方程。实验与计算分析对比证明．本文选用的数学模型和计算方法所得结果与实测结果基本吻合、该模型可用以代替大量的实验，对橡胶充模过程进行模拟，并用Ｇｒａｐｈｅｒ软件对数值结果进行处理，以图表直观地表达出各种因素对充模过程的影响。     

考虑压力对芯模表面升温过程的数值模拟分析

采用从芯模内部通入水蒸气加热芯模的固化工艺,建立了芯模内部蒸汽流动的动力学模型和芯模的传热模型,基于汽液两相流相变模型和k~ε标准两方程湍流模型,考虑不同压力下芯模的升温过程,使用有限元流体Fluent软件对芯模传热的蒸汽流动和传热过程进行数值模拟,根据仿真结果得到了芯模表面温度分布情况和变化历程,分析了蒸汽流场压力、温度等物理量之间的关系。本研究为热缠绕的工艺实现提供了效率更高的方法,并为蒸汽控制参数提供了理论依据。     

共注成型充模流动数值模拟研究

在共注成型多相分层流动充模成型的机理研究基础上,通过采用通用的Hele-Shaw模型和流体积技术,推导出用于描述共注成型多相分层流动充模过程的理论模型,并提出了一种稳定有效的求解理论模型的数值方法。该数值方法通过使用不连续Galerkin法、上风（upwine)法等稳定性技术来解决数值解的不稳定性问题和数值发散问题,实例数值模拟结果与实验结果基本吻合。     

干铺丝预制体的液体成型工艺研究

为解决RTM类成型工艺中的预制体制备及定型问题,在国内率先开展对干铺丝-液体成型工艺的研究,主要研究内容为液体成型过程工艺参数影响机制及制件的力学性能。采用单因素法确定液体成型时预制体粘结剂含量、注胶温度、充模时间的影响机制,再通过正交法确定了最佳工艺组合,最后就层间剪切与弯曲性能与模压工艺进行比较。实验结果表明,液体成型过程中,树脂的流动充模会受到工艺参数不同程度的影响,注胶温度的影响最大,充模时间影响甚微,通过正确的工艺组合可以减少孔隙等缺陷,保证复合材料的内部质量。力学性能测试表明,干铺丝-液体成型工艺的力学性能水准与模压工艺持平,其中弯曲强度略有降低。     

同步带张紧轮注塑模具RTM工艺树脂流动模拟分析

RTM工艺树脂流动的模拟对于其模具的设计有着重要的价值。就本文而言,通过同步带张紧轮注塑模具的分析,其数值的模拟对于其工艺控制有着较大的促进作用。须知道,数值充模是其工艺成型过程的关键环节,通过树脂渗透过程,逐步地指出其树脂流动的曲线。其计算结果与试验结果是基本一致的。     

挤出微压印熔体充模流动可视化实验

挤出微压印是高效、精确连续制备具有微结构制品的有效方法。基于Navier-Stokes方程建立挤出微压印充模过程速度模型。结合Navier滑移定律分析微尺度下挤出微压印充模过程填充流动壁面滑移问题。同时,设计微压印熔体充模流动可视化实验装置,以羧甲基纤维素(CMC,carboxyl methyl cellulose),简称为实验材料,选用直径0.1~0.5 mm的毛细管作为微流道,对挤出微压印充模流动进行实验研究,并将速度实验值与理论计算值相比较,验证微尺度下壁面滑移对压印填充流动的影响。     

注射成型中充模阶段熔体喷泉流动的研究

建立了聚合物熔体充模流动的数学模型,并结合实验结果对充模流动中喷泉效应进行了分析,得到了一些结论。为整个充模过程的控制机理提供了理论依据,对控制注射工艺、模具设计有指导意义。     

注塑充模流动过程灵敏度数值分析

从注塑模充模过程控制方程出发,建立了注塑成型充模过程物理场对设计参数瞬态连续灵敏度分析理论,得到了充模过程压力场、温度场、速度场等物理场对设计参数的灵敏度控制方程.数值分析沿用了注塑模流动分析的基本思想,压力灵敏度采用有限元法、通过对时间和厚度方向的差分求解温度灵敏度,借助于控制体积的概念得到运动边界灵敏度分析.数值算例分析了注射压力对注射流率、熔体温度的设计灵敏度,与数值实验吻合良好.     

多墙结构副翼RTM整体成型工艺研究

采用树脂转移模塑成型(RTM)工艺，研究多墙结构副翼低成本整体成型的可行性。采用数值模拟技术对多墙结构副翼的树脂流动过程进行了模拟计算，根据模拟结果选择合理的注射方式和工艺参数，同时采用碳纤维编织套管成型副翼墙，以进一步降低制造成本。对所选方案进行了工艺试验验证，并对结构件进行了质量检测。结果表明：碳纤维编织套管的应用大大提高了预制体的制备效率，节省人工约60%；理论充模时间和试验充模时间基本一致；结构件表观质量良好，厚度分布均匀，内部无缺陷，验证了所选模拟方案合理有效，整体成型方案切实可行。研究结果为低成本制造高性能复合材料多墙结构件提供了参考。