雙尺度孔隙纖維織物中樹脂流動(dòng)的數(shù)值模擬.pdf

1、復(fù)合材料液體模塑成型技術(shù)（簡(jiǎn)稱LCM）是一種制造高性能大型復(fù)合材料構(gòu)件的環(huán)保高效的方法。為了保證構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量，合理選擇工藝參數(shù)和優(yōu)化模具設(shè)計(jì)是其關(guān)鍵，傳統(tǒng)工業(yè)中往往只是憑借經(jīng)驗(yàn)或反復(fù)試驗(yàn)，既費(fèi)時(shí)又不經(jīng)濟(jì)。因此，實(shí)現(xiàn) LCM工藝的數(shù)值模擬，對(duì)工藝優(yōu)化具有重要作用。
　　目前，對(duì)LCM工藝的模擬大多是建立在飽和流動(dòng)模型的基礎(chǔ)上，雖然適用于短切隨機(jī)氈等一些特殊織物，但對(duì)于工業(yè)中大量使用的雙尺度多孔纖維織物而言，樹脂在孔隙中會(huì)產(chǎn)生非飽和

2、流動(dòng)，飽和流動(dòng)理論不再適用。
　　本文根據(jù)雙尺度孔隙織物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立相應(yīng)理論模型及基本控制方程，通過(guò)數(shù)值求解，對(duì)樹脂在纖維織物中的非飽和流動(dòng)特征進(jìn)行研究與模擬分析。主要工作和成果包括以下幾個(gè)部分：
　　針對(duì)雙尺度孔隙織物中纖維束內(nèi)與束間樹脂流動(dòng)的明顯差異，采用體積均質(zhì)法，建立了LCM工藝中非飽和流動(dòng)的理論模型，該模型包含分別反映束內(nèi)微觀流動(dòng)和束間宏觀流動(dòng)的兩套控制方程，且二者通過(guò)沉浸項(xiàng)互相耦合。
　　基于控制體/有

3、限元法，編寫了樹脂在單尺度纖維織物中的飽和流動(dòng)模擬程序，并通過(guò)對(duì)一維飽和充模過(guò)程模擬結(jié)果與理論解析結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了程序的正確性。
　　通過(guò)沉浸項(xiàng)的函數(shù)化表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了束間宏觀流動(dòng)與束內(nèi)微觀流動(dòng)控制方程的解耦，并借助單尺度程序模擬纖維束內(nèi)飽和流動(dòng)，確定了沉浸函數(shù)的具體表達(dá)式。采用有限元法對(duì)計(jì)算域進(jìn)行離散，并應(yīng)用迭代方法，求解束間宏觀流動(dòng)控制方程，編程實(shí)現(xiàn)了LCM工藝樹脂在雙尺度多孔纖維織物中流動(dòng)的數(shù)值模擬。
　　采用三向縫合織

4、物進(jìn)行一維恒流充模實(shí)驗(yàn)，對(duì)比相同條件下非飽和流動(dòng)模擬及實(shí)驗(yàn)中的流動(dòng)前沿位置，二者較為吻合，驗(yàn)證了程序的準(zhǔn)確性。借助自行編寫的程序，對(duì)不同條件下的一維非飽和流動(dòng)進(jìn)行模擬，并與單尺度理論下的飽和流動(dòng)模擬結(jié)果對(duì)比，研究表明：非飽和流動(dòng)中，預(yù)制件完全浸潤(rùn)所需的時(shí)間遠(yuǎn)大于流動(dòng)前沿到達(dá)末端的時(shí)間；在一維恒流充模中，注射口壓力隨時(shí)間的增加出現(xiàn)非線性變化，且其趨勢(shì)與半飽和區(qū)域的變化相關(guān)；一維非飽和流動(dòng)中，半飽和區(qū)域中的壓力梯度逐漸減小，導(dǎo)致壓力沿流動(dòng)距