非等温树脂传递模塑成型仿真建模及应用

树脂传递模塑成型(resin transfer molding, RTM)工艺是树脂基复合材料制造中主要的一种成型工艺,对该工艺的模拟仿真可在RTM制件的工艺设计优化方面起到关键作用。本工作以实际RTM工艺生产需求为基础,在二维等温RTM工艺仿真程序基础上,突破热流耦合计算等关键技术,采用控制体有限元(CV/FEM)方法,研发三维非等温RTM成型仿真模型。该仿真模型基于Darcy方程、连续性方程、能量守恒方程、固化反应方程以及多个流变固化模型,采用半离散方法和三收敛标准,可有效解决非等温RTM仿真过程的模具预热、树脂非等温充填过程的黏度变化、固化放热等仿真问题,经过平板实验件及机匣件应用验证,可有效预测RTM充填时间、速度及压力等关键结果,结果精度与国际同类产品相当,在核心仿真能力上达到了国外商业仿真模型的同等水平,基本具备了针对实际复杂结构零件开展仿真的能力。

自动压力凝胶工艺充模过程的三维非等温数值模拟

应用基于控制体积的有限元法(CV/FEM)建立了自动压力凝胶工艺(APG)充模过程的全三维非等温数值模拟模型。并采用透明窗口和CCD摄像机采集充模过程中树脂流动前沿的图像,与数值模拟结果进行对比验证。对比分析结果显示,在不同的边界条件和不同的充模时刻,数值模拟预测的流动前沿基本上与实验观测所得流动前沿一致。

非等温RTM工艺的数值模拟

现代RTM生产工艺填充速度快、固化周期短,是一个非等温的生产过程。通过分析RTM工艺过程,考虑了能量守恒和固化反应,运用控制体/有限元格式和迎风格式,对整个过程进行离散,建立了相应的方程组,并编写了相应的代码,进行了数值模拟。结果表明,在采用较少单元网格的情况下,模拟结果与相关文献的结果一致。