聚醚砜-环氧树脂共混体系相分离过程的数值模拟

在热塑性聚醚砜（PES）增韧改性热固性环氧树脂复合材料的制备过程中,通过控制PES-环氧树脂树脂共混体系相分离过程实现共混物相结构的调控,能够明显改善热固性环氧基体树脂的冲击强度。考虑PES-环氧树脂共混体系在相分离过程中PES应力松弛现象以及环氧树脂固化反应现象,采用黏弹性模型描述微观相形态的具体演化路径,揭示了树脂共混体系相分离过程的机制及动力学过程,分析了PES含量、PES分子量大小、PES与环氧树脂的动力学不对称程度以及固化工艺条件等材料及工艺参数对共混体系相结构演变过程以及最终相形态的影响规律及程度,从而为优化PES-环氧树脂树脂共混体系的微观相结构打下基础。     

基于“离位”增韧技术Z向注射RTM成型的浸润研究

针对"离位"增韧技术和Z-RTM成型技术,引入饱和度参数修正Darcy定律,建立描述树脂在纤维预制件中非稳态流动的偏微分方程,研究恒流注射过程中体积流量、树脂黏度和纤维预制件渗透率等工艺参数对非稳态浸润过程注入压力的影响,模拟树脂在层间未增韧和增韧纤维预制件束内和束间的流动。结果表明:数值模拟结果具有可靠性;随着注射时间的增加,纤维预制件内部各点的压力增加;随着体积流量、树脂黏度的增加,注入压力线性增加,而随着纤维渗透率的增加,注入压力减少,符合Darcy定律;实现了树脂在纤维预制件细微观层次浸润的可视化,这种可视化结果为预测树脂在预制件中的宏观流动提供了重要补充,并为实际工艺提供了一定指导作用。     

基于化学流变学的复合材料液态模塑成型过程的灵敏度分析

为了探讨复合材料液态模塑成型（LCM）过程中充填时间和树脂流动前锋形状对材料参数及工艺参数的敏感程度,考虑树脂非稳态浸润过程中的边缘效应以及固化反应现象,引入灵敏度分析方法,推导了模腔内流体压力灵敏度和流体速度灵敏度等关键物理量参数之间所满足的数学关系,构建了充填时间灵敏度方程以及表征材料浸润缺陷形成可能性的树脂流动前锋形状函数及其灵敏度方程,并设计了各物理量的耦合求解方法及灵敏度分析的技术路线。在此基础上,自主开发了数值模拟软件,数值分析了关键材料和工艺参数对树脂流场发展的影响规律和程度。模拟结果表明,在恒压注射边界条件下,提高流体注射温度是提高生产效率最有效的方法,减少边缘区域渗透率则是最能改善树脂流动前锋形状以及充填浸润效果的途径。     

树脂传递模塑过程的固化反应热效应的数值分析

根据化学热力学,分析了双马来酰亚胺树脂传递模塑过程的固化反应热效应现象;采用增量方法,根据化学反应动力学模型,推导了反应热释放量及其强度的数值计算式.采用有限元方法,数值模拟了在复杂变温条件下的树脂固化反应过程,获得了树脂温度、固化率、反应热释放量及其强度在时空间的分布规律,进而分析了影响因素.     

基于VOF/PLIC界面追踪方法的RTM工艺充模过程数值模拟

针对基于Darcy定律的树脂传递模塑(RTM)工艺的充模过程数值模拟的局限性,将纤维预制体内的充填流动作为两相流(树脂相和空气相)处理,在动量方程中考虑了惯性项和粘性项,采用有限体积方法(FVM)离散控制方程,并与VOF/PLIC界面追踪方法相结合,发展了求解树脂在纤维预制体内非稳态流动问题的数值模拟方法.在此基础上开发了RTM工艺的充模过程数值模拟程序,其算例的数值模拟结果与解析解或实验结果吻合良好,验证了此数值模拟方法的有效性和可靠性.     

无弯曲纤维织物面内渗透率的结构相关性

建立无弯曲纤维织物(Non-crimped fabrics, NCF)的几何结构单胞, 应用树脂在纤维束内与束间耦合流动的模型, 数值模拟树脂的细观流动行为, 结合Darcy定律, 计算单胞的面内等效渗透率, 并对计算方案进行验证。在此基础上, 探讨织物的纤维束间距离、纤维束高度以及束内渗透率等细观结构参数与单胞面内等效渗透率之间的关系。结果表明: 单胞面内等效渗透率随纤维束间距离的增大而增大, 其倒数的对数之间呈正的线性关系; 纤维束高度对单胞面内等效渗透率的影响类似于纤维束间距离对其的影响; 单胞面内等效渗透率随纤维束内渗透率的增加而线性增加。