热固性树脂基复合材料固化过程的三维数值模拟

针对热固性树脂基复合材料成型工艺的固化过程建立了数学模型,并采用有限单元法进行了三维瞬态数值分析。编制了有限元模拟程序CURESIM,通过具体数值模拟算例,表明本文中所建立的分析模型及算法具有较高的可靠性。模拟的固化过程并不特指某一成型工艺,因而模拟的数值方法具有一定的普遍性。模拟程序可以计算得到任意时刻复合材料内温度及固化度分布,通过数值模拟可以有效地优化固化加热工艺参数,提高产品质量。      

纤维缠绕复合材料壳体原位成型工艺研究

热固型缠绕复合材料壳体以其优异的性能在航空、军事和工业等领域得到了广泛应用.目前,制约其应用和发展的主要瓶颈是壳体的成本和性能,而壳体成型工艺直接决定了其最终性能和成本.由于缠绕壳体为中空结构,因此可以采用加热壳体内部金属芯模或内衬的方法实现缠绕后的或正在缠绕的复合材料的固化成型,即原位成型.本文介绍复合材料壳体原位成型新工艺,建立筒型壳体内加热固化过程的数学模型,利用有限元法对筒体固化过程中的温度和固化度进行了数值模拟分析.该研究为实现壳体高效、优质且低成本成型提供新思路,为原位成型工艺设计、模拟和参数优化提供分析模型和方法.     

镁合金板料温冲压成形数值模拟技术

用板料成形的方法对变形镁合金进行加工可以制造更薄更轻的零件,符合轻质化的发展趋势.利用有限元数值模拟的方法可以对实际的冲压过程进行模拟,达到改进工艺与模具的目的.对于板料加热状态下的数值模拟,为了使结果准确,最重要的就是要建立正确的材料本构关系模型,这一材料模型需给出应变、应变率、应力与温度之间的关系.在经典的塑性成型计算中,材料模型包含两方面的内容:①初始屈服表面的确定,②流动法则和加工硬化模型的建立.总结了经典屈服模型和材料本构关系模型以及国内外学者在经典理论基础上建立起来的镁合金材料模型;探讨了板料成形有限元数值模拟技术以及目前常用的模拟软件;并在此基础上综述了镁合金冲压变形的热-机耦合的数值模拟的研究进展.     

工艺参数对气辅成型过程的影响

为了精确描述气体辅助充填成型中气体穿透推进过程,研究各工艺参数对成型结果的影响,本文基于气体穿透机理的研究分析,将三明治成型理论应用于气辅成型.以矩形平板型腔为例,结合Hele-Shaw流动模型,建立了气辅充填成型首次气体充填过程的压力控制方程和气/液交界面运动方程,对其应用有限元进行数值模拟.对气辅成型气体穿透过程及其基本规律和各工艺参数对成型结果的影响进行了分析和讨论.箅例结果表明:三明治成型理论应用于气辅成型所建数学模型能较好地揭示气体穿透推进过程的基本特征,并可作为气辅成型过程与实验手段相辅相成的研究工具.     

微齿轮注塑成型正交优化及数值模拟

介绍了采用高聚物成型微齿轮的主要成型方法--微注射成型.比较了不同种类的注射原料ABS、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)的成型工艺,并就影响微注射成型中影响微制件质量的主要工艺过程:充模压力、熔体温度、模具温度和充填时间等进行数值模拟研究,采用正交优化方法对成型方案进行优化,获得优化的成型参数.为微齿轮成型模具的结构设计、成型工艺参数的合理化等等提供理论依据.通过对微齿轮成型过程的数值模拟优化,得到微注射成型的模具温度升高、注射压力增大、注射温度升高都会缩短充模时间;结果显示,聚合物材料对微注塑齿轮的适用性依次为:ABS＞PP＞PC.     

复合材料厚壁连杆RTM成型工艺模拟及制造验证

根据复合材料的可制造性及RTM成型工艺的特点对复合材料厚壁连杆的几何外形进行了优化设计。测定了纤维预成型体的渗透率参数, 采用数值模拟技术研究其RTM成型工艺过程, 并根据RTM流动模拟结果设计了成型模具, 成功地利用RTM工艺制备了复合材料厚壁连杆样件。对样件的力学试验考核表明, 采用基于数值模拟技术的工艺设计能够很好地满足制件的制造及载荷要求。     

粘弹性复合材料网格结构软模工艺数值仿真

复合材料网格结构软模成型共固化工艺具有低成本,高效率和高质量的特点.首先建立了网格结构软模成型共固化工艺过程有限元分析的数值仿真模型,然后通过典型算例,模拟了成型工艺中温度场,固化度场的相互影响及对粘弹性复合材料网格结构应力场的影响.论文工作对复合材料网格结构软模成型共固化工艺参数优化具有一定的参考价值.     

金属激光3D打印过程数值模拟应用及研究现状

数值模拟可以高效、有针对性地对金属激光选区熔化成型过程中的温度场、熔池形状、残余应力和变形、凝固过程微观组织演变等过程建立相应的模型并对成形件的相关性能做出准确预测,为工艺优化提供科学的依据,显著降低工艺开发成本和缩短工艺开发周期,有力推动金属增材制造向工业级应用的转变。本文综述了金属激光增材制造过程中温度场、熔池动力学、成形件内部残余应力和变形、显微组织变化4个方面数值模拟的最新研究进展,概述了金属SLM过程数值模拟所取得的最新进展,分析了金属SLM数值模拟领域的研究热点和所存在的计算时间长、成本高等问题,最后提出金属SLM过程数值模拟应将3D打印过程中快速凝固、微熔池等特征与大数据、人工智能、深度学习等技术相结合,进一步提高数值模拟精度,拓宽金属激光增材制造加工窗口,为个性化产品开发提供指导。     

聚合物基复合材料模压成型过程固化度与非稳态温度场的数值模拟

聚合物基复合材料模压成型过程固化度与温度的动态变化为强耦合关系。本文作者根据固化动力学和传热学理论,建立了非稳态温度场与固化动力学数学模型。通过DSC实验分析确定模型中固化动力学参数。利用有限单元与有限差分相结合的方法,建立了温度场和固化度数值模型。应用Euler逐步迭代法实现解耦。对聚合物基复合材料模压成型过程固化度与非稳态温度场动态变化进行计算机数值模拟,与试验测定结果吻合。为优化模压成型工艺提供理论依据。     

真空辅助成型(VARI)工艺研究进展

主要介绍了真空辅助成型的工艺原理、特点以及技术要求等,并从VARI专用树脂体系、树脂流动行为和计算机模拟等方面阐述了VARI工艺技术的研究进展,指出了当前VARI工艺研究中存在的一些问题,并提出了解决思路。     

溶液法MDPE 51-35B电缆护套料开发

介绍了溶液法工艺生产中密度聚乙烯护套料的方法 ,技术性能 ,应用性能 ,工艺参数和加工性能。表明了该护套料是一种新型适用于通讯电缆护套品种。     

RTM专用双马来酰亚胺树脂体系化学流变特性

进行了RTM 工艺专用双马来酰亚胺(BMI) 树脂体系的化学流变特性及工艺过程研究。采用DSC 热分析技术和粘度测量手段, 研究了该树脂体系固化特性以及固化过程中粘度与温度的关系, 根据对等温粘度曲线的分析, 建立了双阿累尼乌斯粘度模型和工程粘度模型。对比所建立的两种粘度模型, 结果显示两种模型都可以适用于RTM 工艺注射阶段, 工程模型在粘度转折点附近的预测精度要优于双阿累尼乌斯粘度方程。同时建立了恒温温度-凝胶时间之间的数学关系。验证了所建立的工程模型在工程中的实用性, 并指出了工程粘度模型的使用范围在固化体系交联结构形成之前, 所建立的工程粘度模型能够有效地预测体系RTM 工艺的粘度变化和工艺过程, 为复合材料成型工艺模拟分析以及工艺参数的准确制定奠定了基础。      

Development of adaptive injection flow rate and pressure control algorithms for resin transfer molding

To prevent dry spot formation during fabrication of composite parts by Resin Transfer Molding (RTM), a control interface and four different adaptive control algorithms have been developed and tested with numerical simulations. The interface is capable of controlling the flow pattern of resin as it fills a mold containing a preform of fiber reinforcement, provided that the mold is equipped with multiple inlet gates, a single vent and a spinal sensor system that continuously feeds the interface with the resin flow front locations along the spine lines connecting the inlet gates to the vent. Four different adaptive control algorithms targeting on injection flow rate control, injection pressure control, linearly-corrected pressure control, and the combined flow rate and linearly-corrected pressure control have been proposed and incorporated with the control interface. To provide desirable controllability of the filling process and effective utilization of the resin dispensing equipment, the final formulations were optimized by means of numerical simulations of a rectangular RTM part containing different permeability distributions. The results were compared to investigate the strengths and weaknesses of the spinal adaptive control algorithms in terms of dry spot size, filling speed, and the minimum responding speed of injection pump. Finally, a complex geometry case study was conducted to validate and highlight the spinal adaptive control algorithms’ capability in handling flow disturbance for a complex RTM mold filling process which involves irregular mold geometry, multiple inserts, significant permeability and racetracking variations, and non-straight spinal sensors.     

LCM工艺用热固性树脂体系化学流变模型的研究进展

树脂与固化剂、促进刑等混合后组成树脂体系.单纯依赖实验方法测量树脂体系的黏度会造成人力和物力的巨大浪费,故引入化学流变模型来预测树脂黏度.简述了热固性树脂体系流变性能的实验流程,综述了适用于LCM工艺用热固性树脂体系的化学流变模型.这些模型包括双阿累尼乌斯模型、工程黏度模型、WLF模型、Fon-tana模型和Kiuna改性模型,同时评述了各模型的形式和特点.最后分析了现有化学流变模型的不足,指出综合考虑温度和固化程度因素、适用范围更广的化学流变模型将是未来的研究重点.     

A numerical simulation of the resin film infusion process

A numerical analysis was conducted for the resin film infusion (RFI) process using semi-cured thermosetting resin films. Mathematical models were developed for the compression of fiber and the viscosity of resin. The force balance between the fiber preform and the resin was considered to account for the deformation of fiber preform and the swell of fiber during the infusion. In an effort to locate the optimal process conditions such as the mold temperature, the fiber volume fraction, and the infusion pressure, a parametric study was carried out for the progression of resin and the infusion time for different process conditions. The numerical code developed in this study was found to be useful in determining the maximum height of vertical sections that can be infused by squeezing the liquefied resin film from the base panel.     

Optimum tooling design for resin transfer molding with virtual manufacturing and artificial intelligence

Resin transfer molding (RTM) is a promising fabrication method for low to medium volume, high-performance polymer composite structures. Yet there exist several technical issues which impede a wide application base. One of these issues is tooling design. In the RTM process, the arrangement of injection gates and vents of the mold has a significant impact on product quality and process efficiency. In this paper, a systematic approach for optimum design of RTM tooling is introduced. This approach is built upon an RTM virtual manufacturing (simulation) model coupled with a neural network–genetic algorithm optimization procedure. The simulation model is employed to predict resin flow patterns (i.e. potential quality problems) and processing efficiency (mold filling time). With the simulation results, a neural network is trained to create a rapid RTM process model. Genetic algorithms are applied to this rapid RTM process model to search for the optimum solution to RTM process design. This tooling design scheme enables the engineer to determine the optimum locations of injection gates and vents for the best processing performance, i.e. short filling time and high quality level (minimum defects). The approach is illustrated with an example.     

氧化铝性能对环氧浇注的影响

氧化铝性能不仅影响环氧树脂酸酐体系的粘度、填料添加量,而且杂质还影响浇注件的表观及电气绝缘性能,以及对氧化铝环氧树脂中的分散性也有很大的影响。为了改善氧化铝的物化性能以对改善环氧浇注工艺和提高浇注制件质量,本文中从粒度及粒度分布、晶体结构、微观形貌、杂质含量等方面,对比分析了电工用氧化铝填料的各项物化指标对环氧树脂浇注性能及浇注件机电性能的影响,得出合适的粒度和粒度分布、提高α相转化率、改善微观形貌、提高纯度等是提高环氧浇注用填料氧化铝性能的途径。     

Boron removal from aqueous solutions by ion-exchange resin: column sorption-elution studies

A column sorption-elution study was carried out by using a strong base anion-exchange resin (Dowex 2 x 8) for the removal of boron from aqueous solutions. The breakthrough curve was obtained as a function of feed flow rate and the total and breakthrough capacity values of the resin were calculated. The boron on the resin was quantitatively eluted with 0.5M HCl solution at different flow rates. Three consecutive sorption-elution-washing-regeneration-washing cycles were applied to the resin in order to investigate the reusability of the ion-exchange resin. Total capacity values remained almost the same after three sorption-elution-regeneration cycles. The Thomas and the Yoon-Nelson models were applied to experimental data to predict the breakthrough curves and to determine the characteristic column parameters required for process design. The results proved that the models would describe the breakthrough curves well.     

电子封装用环氧树脂固化温度与应变的三维有限元模拟

环氧树脂因具有许多优异的性能而被广泛用作电子封装材料,然而环氧树脂在固化过程中产生的内应力会对封装产品的性能产生严重影响。针对一种用于电子封装的环氧树脂,通过实验分析了其固化动力学、密度、导热系数、玻璃化转变温度、弹性模量、化学收缩应变和热应变等性能参数,建立了固化过程中的数学模型。通过ABAQUS建立三维有限元模型,采用顺序耦合分析方式,分步进行传热分析和应力应变分析,模拟环氧树脂固化过程中的温度场、固化度场和应力应变场。最后采用光纤布拉格光栅（FBG）监测环氧树脂在固化过程中内部的温度和应变变化,并与模拟进行对比,结果表明本文所建立的有限元模型具有较高的可靠性。      

基于材料性能时变特性的复合材料固化过程多场耦合数值模拟

针对热固性树脂基复合材料固化过程中各种复杂的物理化学变化之间的相互影响,建立了基于材料性能时变特性的复合材料固化过程的二维多场耦合计算模型。该模型由已知的3个经典复合材料固化过程子模型构成,包括热-化学模型、树脂黏度模型和树脂流动模型。在此基础上,将固化过程中材料性能的时变特性引入多场耦合计算模型中。通过与文献中实验结果的比较,证明了所建立的模型具有较高的可靠性。对AS4/3501-6复合材料层合平板的固化过程进行了数值模拟,重点研究了固化过程中纤维体积分数变化及材料参数的时变特性对固化过程中温度、固化度和树脂压力等参量的影响。分析结果表明:考虑纤维体积分数变化和材料性能的时变特性后,固化过程中复合材料层合板中心温度峰值明显减小,树脂压力随时间的变化将有所滞后。