含有沉浸項的雙尺度多孔介質(zhì)LCM的數(shù)值模擬.pdf

1、本課題來源于國家自然科學(xué)基金“樹脂在雙尺度多孔纖維預(yù)制體中的非飽和滲流機理與數(shù)值模擬研究”項目編號為:51073125
　　 復(fù)合材料液態(tài)模塑工藝(LCM)是一種適合于制造大型復(fù)雜復(fù)合材料構(gòu)件的低成本復(fù)合材料制造技術(shù)，在飛機、艦船等復(fù)合材料關(guān)鍵構(gòu)件的制造中起著重要作用，合理選擇工藝參數(shù)和優(yōu)化模具設(shè)計是獲得高質(zhì)量制品的關(guān)鍵。通過反復(fù)試驗來優(yōu)化LCM工藝參數(shù)的方法，不僅成本很高，而且耗費時間，因此LCM模具填充過程中的數(shù)值模擬對優(yōu)化

2、模具設(shè)計和工藝參數(shù)變得不可缺少。復(fù)合材料制造工業(yè)中大量采用的增強材料是由纖維束編織、縫合或針織的有向纖維織物，纖維束之間的孔隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于纖維束內(nèi)單根纖維之間的孔隙，因此這種纖維織物可以人為的認(rèn)為是雙尺度多孔介質(zhì)。樹脂在雙尺度多孔纖維預(yù)制體中流動時，首先流向纖維束之間孔隙較大的地方，然后再流向孔隙較小的纖維束內(nèi)部，因此流動前沿的上游附近將會出現(xiàn)半飽和區(qū)域，即樹脂在雙尺度多孔纖維介質(zhì)中的充模是一種非飽和流動過程。
　　 本文基于含有“

3、沉浸項”的非飽和流動數(shù)學(xué)模型，采用控制體/有限元方法，對恒壓下樹脂在雙尺度多孔纖維介質(zhì)中的徑向流動進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，研究了控制方程算法，編寫了計算程序，通過實例計算得到了流動前沿達(dá)到不同位置時的壓力分布與飽和度分布，并與在單尺度多孔介質(zhì)中的流動情況做了對比。
　　 本文的主要工作和成果如下:
　　 1、簡單的介紹了有限元方法的基本理論以及一維線性單元和二維三角形單元和矩形單元的插值函數(shù)，并且介紹了將二維三角形單元轉(zhuǎn)化為

4、平面上標(biāo)準(zhǔn)三角形的算法和思想。
　　 2、用體積均勻化方法給出了雙尺度多孔介質(zhì)下全局流動的壓力控制方程和局部流動的壓力控制方程，并且在數(shù)學(xué)上推導(dǎo)出了沉浸函數(shù)的表達(dá)式。
　　 3、本文的重點是模擬二維恒壓條件下樹脂在圓盤形模具中的充模過程，并且利用有限元法求解樹脂任意時刻的壓力分布，用控制體法追蹤樹脂任意時刻的流動前沿位置和樹脂的飽和度分布，編制了基于控制體有限元法的MATLAB程序并且和單尺度多孔介質(zhì)進(jìn)行了對比。