基于非結構化網格的樹脂傳遞模塑成型工藝的數(shù)值模擬.pdf

1、樹脂基復合材料具有重量輕、結構性能可設計、耐腐蝕和可降低噪音等特點,越來越廣泛地應用于風力發(fā)電、汽車、建筑、造船、體育用品、航天航空及醫(yī)療器件等領域。樹脂傳遞模塑(Resin Transfer Molding,簡稱RTM)是制造樹脂基復合材料的一種主要的成型技術,是材料工程領域的一個研究熱點。RTM成型過程的數(shù)值模擬,能夠用于預測成型過程中樹脂的流動和固化,優(yōu)化成型工藝參數(shù)和周期,從而減少工藝試驗、降低生產成本、提高產品質量和生產率。因

2、此,成型過程的數(shù)值模擬是RTM成型技術領域的一個重要的研究方向。
　　 隨著RTM技術的廣泛應用,成型工件的形狀越來越復雜,采用規(guī)則的結構化網格建立數(shù)值模型將遇到很大的困難,而采用非結構化網格建模則十分方便。但目前基于非結構化網格的RTM成型過程的數(shù)值模擬方法的研究尚不夠充分。因此,本文建立基于非結構化網格的三維控制體計算方案,推導了RTM成型過程數(shù)值模擬的三維控制體/有限元法列式,系統(tǒng)地研究了成型過程的等溫和非等溫模擬的基本算

3、法,提出了控制體公共界面上的交叉擴散項的處理方法,并進行了算例驗證。
　　 在RTM樹脂流動過程中,當從模腔壁到樹脂的熱傳遞速度大于充模速度,則可以忽略溫度變化和化學反應的影響,將樹脂流動過程近似地視為等溫的。這種模型雖然模擬精度稍低,但計算效率高,能預測樹脂流動模式以及可能產生的氣泡、干斑等缺陷。本文建立了模擬RTM樹脂流動過程的等溫模型的數(shù)值算法,實現(xiàn)了對復雜形狀的工件的三維等溫數(shù)值模擬,通過算例驗證了模型的正確性,研究了增

4、強體滲透率、樹脂黏度、注射壓力以及注射孔位置等因素對成型過程的影響。
　　 實際的RTM成型包括樹脂流動和固化兩個階段,模具型腔內的溫度場和固化度場是隨時間變化的,只有采用RTM工藝全周期非等溫模型才能得到準確的模擬結果。本文同時考慮能量方程和化學反應方程來計算溫度場和固化度場,建立了模擬RTM工藝全周期的非等溫模型的數(shù)值算法,實現(xiàn)了對復雜形狀工件的三維非等溫模擬,通過算例驗證了模型的正確性,分析了纖維孔隙率、樹脂反應熱、樹脂注

5、入溫度和流量、樹脂和纖維的整體熱傳導率等因素對樹脂流動階段以及固化階段的影響。分析結果對于確定合適的注射孔和排氣孔位置,校核模具的剛度和設備能力,優(yōu)化模具熱力設計,評估產品質量具有指導意義。
　　 在能量方程的離散過程時,常忽略控制體公共界面上的交叉擴散項。當采用規(guī)則的結構化網格時,節(jié)點連線與控制體表面近似正交,因此這樣處理不會引起明顯的誤差,但是當采用非結構化網格時,節(jié)點連線與控制體表面間難以正交,則會出現(xiàn)較大誤差。針對這個問