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RTM成型过程数值模拟

卜建辉  
【摘要】:树脂传递模塑(RTM)工艺日益成为复合材料制造的主导工艺技术之一。高效生产质量稳定的树脂基复合材料的关键技术在于选择合适的工艺参数,制定合理的工艺方案。通过对成型过程进行数值模拟,能够预测熔体在型腔内的状态及变化规律,从而可以辅助模具设计和成型工艺参数的设置与优化。本文采用有限元控制体积法对树脂传递成型工艺的等温充填过程进行了数值模拟,主要研究工作和创新点包括以下几个方面: 1) 针对RTM工艺树脂浸润增强体的特点,从Darcy定律以及质量守恒定律出发,建立了三维薄壁制件等温充模流动的理论模型和控制方程。通过对充模过程的物理量进行量纲分析,发现RTM成型中动量方程的压力梯度项(10~5N/m~3)与重力项(10~4N/m~3)只相差一个数量级,不能忽略重力项,因此在本文构建的模型中考虑了重力项的影响。 2) 论文采用有限元控制体积法实现了RTM充模过程的数值模拟,即型腔内的压力场采用有限元法求解,并根据节点的控制体积的充填状况更新流动前沿,从而准确预测任意时刻的树脂流动前峰曲线、压力场及速率场的分布,以及熔接线和气穴的位置,为模具及工艺设计如注射口和排气口的布置,合模压力等提供了有效的参考依据,并通过算例对比验证了程序对一维、二维平面以及三维薄壁制品的成型过程模拟的可靠性。 3) 本文开发了RTM树脂流动过程数值模拟软件包,并集成到郑州大学国家橡塑模具工程研发中心自主开发的塑料成型数值分析软件Z-Mold中,利用Z-Mold的前后置处理模块来实现几何模型的建立、有限元网格的划分以及分析结果的显示。所有的参数可以在图形用户界面下输入,同时可以在后处理程序中观察树脂流体的动态填充过程。


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