风机叶片RTM 工艺模拟分析及其优化

利用RTM 模拟仿真系统对风机叶片的RTM 充模过程进行了三维模拟, 以优化其成型工艺方案。通过比较和分析叶片根部线注射和侧面线注射两种注射方式的模拟结果, 确定侧面线注射为最佳注射方式。通过比较8 个侧面注射位置的模拟结果, 优化得到最佳的注射位置、合理的溢料口位置以及选择溢料口的依据。模拟优化的RTM 工艺方案为: 叶片侧边线注射, 注口位置在距根部500 mm 处, 3 个溢料口分布在叶片根部和尖端。实际制造中采用此方案得到了满意的产品, 模拟优化RTM 工艺大大降低了复合材料构件的制造成本, 为其他类似构件的合理制备和优化设计提供了参考依据。      

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。      

气体流量对管材气辅挤出的影响

将气体简化为广义牛顿流体,并作为单独的内外两层,针对管材型气辅挤出口模,建立了二维有限元模型,并进行了数值模拟,研究了气体流量对口模出口处剪切速率、熔体速度及口模流道中心处熔体压力的影响。研究表明,当气体流入口模流道内,聚合物熔体在口模出口处厚度为-0.85~0.85 mm剪切速率为零,为促使聚合物熔体既满足表面质量不因剪切速率不均引起表面质量缺陷,又满足在厚度方向的尺寸要求(即2 mm),故需将聚合物熔体与气体相汇处的流道沿厚度方向扩大0.3 mm;同时也为了进一步降低因速度梯度大而引起的表面质量缺陷,文中进气体流量为2.512×10-3m/s最佳。因此,当气体作为一种辅助工艺引入到聚合物挤出成型当中,需在两相流相汇处流道沿厚度方向预留足够的空间(本文是预留制品厚度的20%的尺寸)以满足制品的尺寸及表面质量要求。     

RTM制品孔隙率分析与表征

本文以孔隙率作为缺陷的综合衡量指标,分别在不同压力、不同纤维体积分数,局部压实、中间加厚、去除纤维表面上胶剂的情况下,通过实验统计孔隙率的变化规律,结果发现,不论在何种工艺条件下,注胶口附近的孔隙率都明显低于出胶口；注射压力加大时,充模时间缩短,注胶口附近孔隙率降低,但出胶口附近孔隙率增大；随着纤维层数的增加,孔隙率增大,中间加厚时,与加厚前相比较孔隙率有较大程度的增加；局部压实时,压实部位孔隙率增大.通过测量纤维去除表面上胶剂前后的渗透率、孔隙率、用DMA和SEM对玻璃纤维复合材料界面性能进行研究,结果发现:表面处理使纤维的可燃物含量降低,浸润性能改善,渗透率提高,但复合材料拉伸强度降低.结合无损检测技术和显微镜的观测,能直观地看到不同工艺参数下试样缺陷分布情况,跟统计的孔隙率分布基本吻合.     

一种多孔铝合金制备技术的研究

采用加压铸造法制备出多孔铝合金大块试样，系统地研究了浇注温度，充型压力等工艺参数对充型过程的影响。实验表明，预制块的初始预热温度对最终制品的有效长度起着重要作用，高的浇注温度及较大的充型压力也有助于金属液向空隙的渗透。     

RTM成型复合材料T型接头工艺参数优化与力学性能实验研究

对树脂传递模塑(RTM)成型的复合材料T型接头进行了工艺参数优化、制备及力学性能实验研究。应用流动模拟软件,对RTM成型的复合材料T型接头进行了基体流动数值模拟,确定模具最佳注射方式和出胶口位置,并优化了影响树脂充模时间的工艺参数,显著提高了RTM接头的工艺性能。根据优化工艺参数结果,制备了RTM成型的复合材料T型接头试样,并进行了拉伸和压缩试验,分析了其破坏机制。根据拉伸和压缩试验现象和结果,发现RTM成型的复合材料T型接头拉伸破坏模式主要为富树脂三角区的树脂与纤维布界面分层,其拉伸破坏主要取决于树脂基体抗剥离分层的拉伸强度;压缩破坏模式为底板中央部位的弯曲分层与折断,其压缩破坏由接头底板中的纤维布抗拉强度决定;T型接头的压缩破坏强度高于拉伸破坏强度。     

基于计算机模拟的支架铸钢件铸造工艺设计及优化

目的对ZG270-500铸钢支架的铸造工艺进行优化设计,以达到工艺简单、成本低、操作简便、质量良好等要求。方法使用三维CAD软件和铸造模拟软件对相应铸造工艺方案进行了三维建模和铸造过程的模拟。针对工艺初始浇注系统设计了正放、倒放,底注式、阶梯式共4种不同组合的浇注方案。在对充型温度场进行模拟后,选择了倒放阶梯式与正放底注式浇注系统进行后续模拟。在对凝固进行模拟后,最终选择了正放底注式的方案并进行后续优化。在设计补缩系统时,通过多次调整冒口的位置与尺寸,以及冷铁的位置、尺寸与形状,达到工艺优化的效果。结果 4种初始方案中,倒放阶梯式浇注系统有利于顺序凝固,正放底注式浇注系统较为经济环保。凝固过程中,正放底注式浇注系统的疏松疏孔液相孤立区存在于铸件顶部,有利于补缩。初始补缩系统有效补缩了顶面两孔中心缺陷,优化后可使顶板和肋板的连接处,凝固最晚区域的缺陷大为改善。结论模拟表明,最终方案可基本消除铸件中的缺陷,保证铸件的质量与良好的工艺性。     

上倾倒框铸铝件铸造工艺设计及模拟优化

目的 消除ZL114A铝合金上倾倒框铸件的铸造缺陷,获得优质铸件,对该铸件的铸造工艺进行优化设计。方法 使用Unigraphics NX软件进行三维建模,利用ADSTEFAN软件对铸造过程进行模拟。对模拟的充型过程、凝固过程及相关缺陷进行分析。结果 将铸件倒放不利于实现铸件顺序凝固,4个顶冒口的补缩效果不理想,故调整了浇注系统的位置及比例、冒口的位置及大小。最终选取了正放底注式的浇注系统,双侧冒口与单个顶冒口的补缩系统,可获得理想的充型及凝固顺序,有望基本消除铸造缺陷。结论 所采用的计算机模拟方法可以为铸造工艺设计及优化提供指导,为尽可能减少铸造缺陷,保证铸件质量和工艺性奠定了良好的技术基础。     

薄壁深腔件部分阴模充液成形技术研究

充液成形技术能有效解决复杂零件的成形问题.针对某飞机薄壁深腔蒙皮常规拉深成形需要多道次成形、成形质量差的问题,通过分析充液成形过程中易出现的失稳,设计了带部分阴模的一模两件充液成形的技术方案.结合数值模拟,对薄壁深腔件充液成形过程中出现的悬空区失稳形式进行了研究,优化了液室压力加载曲线、压边间隙、初始反胀压力等工艺参数.结果表明,薄壁深腔件在带部分阴模的一模两件的工艺方案下,能有效避免悬空区的起皱,同时改善了一模一件补充段的破裂问题,提高了零件成形极限和壁厚分布的均匀性.     

振动场作用下聚合物熔体在异型材挤出口模内的充填流动分析

利用ANSYS软件对受口模入口处周期性振动的压力驱动的非牛顿幂律聚合物熔体在“L”形异型材挤出口模内的充填流动进行了三维等温数值模拟,求得了压力和速度随时间和沿路径的变化曲线,并因此总结出了振动参数对充填流动的影响规律.结果表明,速度和压力的振动均沿挤出方向逐渐衰减,入口压力的低频高幅振动有利于充填过程的稳定.     

基于Fluent的某卷烟机搭口胶枪喷嘴流体仿真分析

为解决高速卷烟机搭口胶喷涂过程中出现的涂胶不均匀等问题,利用Fluent模拟搭口胶的涂胶工艺,通过改变喷嘴的进口压力观察胶液出口黏度和出口流速的变化。首先利用Solid Works对搭口胶喷嘴进行建模,然后分析Fluent模拟搭口胶喷胶涂胶过程,最后通过实验测试详细分析在不同进口压力条件下胶液的黏结性能,包括初黏性和抗T型剥离强度。仿真结果表明,喷嘴的出口黏度随着进口压力的升高而逐渐降低,出口流速刚好相反,即随着出口压力的升高而增加。搭口胶的黏结性能随着进口压力的增加而降低的。利用搭口胶喷涂的流体仿真模拟对卷烟生产工艺进行优化具有一定的指导作用。     

树脂膜熔渗工艺充模过程的模拟与分析

树脂膜熔渗工艺(RFI)是一种新型的复合材料成型工艺.为了更深入了解树脂膜熔渗工艺过程中充模阶段的控制参数对制品质量的影响,避免制品出现空斑、充模不完全等问题,针对该工艺过程中树脂在复杂形状预制件中的流动行为进行了分析,在达西定律基础上建立了二维等温流动控制方程,利用有限元/控制体方法建立了数值分析模型,编制了FORTRAN程序进行模拟运算,并讨论了流动过程中施加的压力对充模时间的影响.由计算实例可见,所编制程序能够很好地预测树脂膜熔渗工艺过程中充模时间、各个时刻树脂的流动前沿位置及模腔中的压力分布.     

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。      

响应曲面法优化各向同性石墨的冷等静压成型工艺

以成型压力、保压时间、升压速率和降压速率为考察因素,通过单因素条件实验确定各向同性石墨的成型工艺参数为:成型压力300 MPa、保压时间10 min以及升/降压速率都为1 MPa/s.然后采用Box-Behnken的中心组合实验设计及响应曲面分析法对冷等静压成型工艺进行研究,得到体积密度的预测模型.结果表明:体积密度=1.30+0.011A-5.333×10-4B-1.558×103C-7.750×10-4D-1.650×10-3AB-1.350×10-3AC+4.000×10-4AD-9.500×10-4BC+5.000×10-5BD+1.725×103CD-3.601×10-3A2-1.001×10-3B2-9.883×10-4C2-7.383×10-4D2,优化得到最佳成型工艺条件为:成型压力349MPa、保压时间13 min、升压速率0.5 MPa/s、降压速率0.6 MPa/s.因素分析表明,成型压力和保压时间对压坯体积密度的影响显著;在最佳成型工艺参数下进行实验,压坯体积密度的实验值与理论值吻合较好,二者相差0.3％,且能有效消除拱桥效应.     

铝合金船形深腔薄壁构件充液成形变形规律研究

目的 解决一种铝合金船形深腔薄壁构件成形时尖端过渡部位容易起皱和入口圆角处容易破裂的问题.方法 应用有限元软件DYNAFORM建立充液成形的有限元模型,研究关键工艺参数对成形结果的影响规律并进行理论分析,最后通过充液成形实验对该工艺方案进行验证.结果 根据工艺优化方案,得出在最大液室压力为4 MPa,初始反胀压力为0,...     

缝合夹层结构复合材料树脂传递模塑成型工艺充模仿真

对复合材料与金属经缝合连接形成的夹层结构板的树脂传递模塑成型（RTM）工艺进行了充模模拟研究。首先通过实验和数值计算的方法,分别获得缝合夹层结构织物和芯层孔洞的渗透率;随后,建立能够反映缝孔内流动情况的二维和三维简化模型,进行RTM充模仿真,讨论不同工艺参数对成型流动的影响;最后通过成型实验验证工艺的可行性。缝线与孔洞直径之比为0.3~0.8时,孔洞渗透率随缝线直径的增大而减小,预制体织物渗透率与孔洞渗透率相差两个数量级;缝孔内容易产生缺陷,没有缺陷的区域随着注射压力的增加、孔洞密度和芯层厚度的减小而增大,在芯层表面沿每排孔洞单向开槽能够改善树脂在孔洞内的浸润;线注射时,树脂整体流动情况优于点注射,而点注射时,将进胶口设置在一角,能够减少表面干斑。     

复合材料厚壁连杆的RTM工艺模拟研究

采用数值模拟方法研究了一种复合材料厚壁连杆结构的RTM工艺过程,对比了其2D,2.5D,3D模型RTM树脂流动过程。结果表明3D模型模拟结果较为直观,能较准确地体现T接头处树脂三维流动的细节。对于本文所示的厚壁连杆结构,应采用3D模型来进行数值模拟,从而确定RTM成型的注胶口、出胶口位置及其他工艺参数。     

复合材料夹芯泡沫开孔对树脂充模的影响分析

针对夹芯泡沫开孔的复合材料进行了RTM工艺充模过程模拟分析,通过对不同开孔密度的复合材料的充模过程、充模时间以及压力分布等的比较分析,考察了夹芯泡沫开孔对充模过程所产生的影响。分析表明,树脂充模时间并不必然随着夹芯泡沫开孔密度的增大而减少,相反,在每排开孔密度一致的情况下,如果开孔密度足够大,则因为减少了不同方向流过来的树脂之间的相互干涉,导致开孔排数的减少反而会降低树脂的充模时间。     

薄壁水槽充液拉深变形规律研究

目的 解决薄壁水槽盒形件刚性拉深一序底部圆角减薄过大、整体厚度减薄严重以致后续拉深二序、三序成形后产品厚度不合格的问题,同时解决工艺路线的退火问题。方法 利用有限元分析软件Dynaform对薄壁水槽充液拉深一序进行数值模拟分析,研究关键工艺参数对成形结果的影响规律,并得出最优的工艺参数,最后与刚性拉深的模拟结果对比分析,提出充液拉深方法的可行性。结果 根据工艺优化方案,得出最优工艺参数：预胀压力2 MPa,最大液室压力20 MPa;液室压力加载路径：从0 s至0.003 s,液室压力从0 MPa线性增大至2 MPa,并保持2 MPa至0.007 s;随后从0.007 s至0.011 s,液室压力从2 MPa线性增大至20 MPa,之后保持20 MPa直至拉深结束;压边间隙为1.05t。结论 通过充液成形方法,可以有效解决薄壁水槽盒形件拉深一序底部圆角减薄严重的问题,还可以提高成形质量及成形极限,省略中间退火工艺,提高经济效益。     

丙烯在模型孔中CVI过程的热解炭沉积

本文在温度为1 223 K,总压强40 kPa(N_2∶C_3H_6=9∶1)和停留时间0.56 s下,以丙烯为前驱体在内径为1.0 mm和长度31.0 mm的模型孔中裂解沉积生成热解炭。以15 h为沉积周期经75 h沉积实验得到最终试样,通过制样观察热解炭沿模型孔长度方向的沉积厚度,分析在基底水平和垂直方向上热解炭的沉积速率变化。结果表明,在该实验条件下热解炭沿模型孔长度方向由孔口到末端的沉积速率降低;而在垂直方向位置较低处的模型孔,热解炭沿长度方向的沉积速率梯度较小。通过耦合丙烯的均气相反应机理和总括反应机理,对该实验条件下丙烯在模型孔中的热解炭沉积过程进行模拟。在平推流反应器模型中,运用均气相反应机理对丙烯裂解的气相组分变化进行模拟,并将平推流反应器相应位置的气体组分浓度作为对应模型孔入口的初始浓度。运用总括反应机理的热解炭沉积模型,对丙烯在模型孔中的化学气相渗透过程进行模拟。对照热解炭在模型孔中沉积厚度的实验结果,证明该模型的合理性。模拟和实验结果表明通过减少气体停留时间可适当减缓热解炭表面封孔现象。