CRTM成型填充过程建模和数值模拟

【摘要】：压缩树脂传递模塑（CRTM）是树脂传递模塑（RTM）成型发展而来的一种先进液体复合材料成型，其特征是充填过程中树脂既在厚度方向流动，又在平面内流动。该成型与RTM成型相比可以明显减少填充时间，增加纤维含量，改善制品的质量。通过填充过程的数值模拟可以分析各个参数在成型过程中的影响，从而对填充工艺进行优化，减少试模次数。 本文针对产品形状分别建立了一维CRTM成型模型和二维CRTM成型模型，导出了一维成型中注射压力、锁模力等物理量的解析表达式，研究了二维成型的数值计算方法，开发了模拟程序。取得的主要成果： 1）根据多孔介质内流动的Darcy定律和不和压缩流体的质量守恒原理，建立了等温过程的一维填充控制方程和相应的边界条件，运用分部积分方法导出了压力场、速率场、流动前沿、锁模力及充填时间等物理量的解析表达式。模拟结果表明与传统的RTM相比CRTM成型可以明显减少填充时间。 2）建立了二维CRTM成型填充过程的理论模型，运用高斯积分原理导出了相应的变分方程，建立了有限元求解压力场及控制体积法模拟流动前沿的数值计算方法，开发了模拟程序，模拟结果与文献上的实验结果比较吻合。 3）利用PAM-RTM软件对等温条件下盖板的填充过程进行模拟，分析了注射位置、出胶口位置和压缩速度等加工参数对填充时间，锁模力影响，优化了出胶口位置和压缩速度。模拟结果表明相同制品RTM成型所需填充时间比CRTM长，面积相同的制品两种方法模拟结果接近。 本文工作可以为复合材料制品成型及模具设计与加工提供理论基础和优化方法。