液体树脂灌注成型技术(LRI)的数值建模计算研究

近几年在树脂膜渗透成型工艺(RFI)的基础上开发出了一种新型的航空复合材料制造工艺:液体树脂灌注成型工艺(LRI,Liquid Resin Infusion)。由于LRI是在一个真空膜下进行的,它不需要特殊的模具,所以大大降低了制造成本,并且用这种工艺可以制出大而厚的复杂部件,但是这也使得我们很难了解到整个工艺过程中内部参数的变化情况。为了指导实际的制造工艺,优化制造方案和参数,并减少制造缺陷,开发和运用有效的数值计算模型就变的非常的必要。最近Celle等人利用有限元方法(FEM)开发出了一种有关LRI的基础数值模型[4,5],本文将要介绍在这种基础模型上开发出的对LRI的数值建模计算方法和它的应用,并与实验结果进行对比和讨论。结果表明:本文所做的数值建模计算结果与实验结果有着较好的一致性,能较为有效地对LRI成型工艺进行模拟计算。

复合材料电池箱真空辅助树脂灌注快速成形工艺

分析了几种复合材料零部件常规的制作工艺,针对电池箱的结构特点,提出了材料和结构一体化的真空辅助树脂灌注(VARI)快速成形工艺,并且采用液体成形模拟分析软件PAM-RTM确定了工艺方案和工艺参数。VARI工艺与传统双面模具的树脂传递模塑(RTM)工艺相比,节省了大量的工装设备和工序,降低了成本。为了验证所采用的工艺方法的可行性,实际制作了样件,结果表明所采用的工艺方法实现了快速、低能量消耗且绿色环保的目的。

真空导入工艺用不饱和聚酯树脂的研制

本文研究合成的不饱和聚酯树脂具有较低的粘度和较好的固化特性,粘度控制在0.21Pa.s左右,非常适用于真空导入工艺,该树脂采用真空导入工艺成型的玻璃钢制品各项性能都非常优越,有些性能指标几乎是通用树脂手糊成型性能的两倍左右。

液态成型复合材料在直升机上的应用

自20世纪60年代以来,高性能树脂基复合材料在直升机结构中的应用获得了迅速发展,传统的预浸料-热压罐成型复合材料在直升机结构上已取得了大量应用,对结构减重、性能提升起到了显著作用。但是,随着复合材料技术的发展以及直升机对低成本、整体成型技术的强烈需求,低成本液态成型复合材料逐渐在直升机上获得应用,其应用水平及应用效果也不断提升。以RTM、VARI两种典型的液态成型技术为主综述了液态成型复合材料在直升机上的应用,并对新型的液态成型工艺进行了介绍,以期能为直升机设计人员和复合材料工艺人员提供选材及工艺方案方面的技术支撑。

先进复合材料液体成型工艺多尺度树脂流动数值模拟研究

复合材料液体成型技术是一种高效、低成本且环保的复合材料制件成型工艺。针对复合材料液体成型工艺树脂浸渍过程进行研究,采用有限元方法建立了多尺度树脂流动数值模拟模型,在微观和介观尺度对关键参数渗透率进行预报并与经典公式和文献中结果进行对比,在宏观尺度上将数值模拟结果与试验结果进行对比。在微观、介观及宏观各尺度下的对比验证,均取得了比较可靠准确的模拟结果,表明了研究方法的有效性和工程适用性。

先进复合材料VARTM工艺树脂流动数值模拟研究

复合材料液体成型技术是一种低成本、高效率的复合材料制造工艺。基于理查德方程和一种轮廓函数建立了一种预报VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding)工艺充模过程中不饱和流动情况下的树脂流动前沿特性和压强场的方法。采用COMSOL Multiphysics软件进行有限元数值模拟,提出浸润比参数λ,将不同时刻的数值模拟结果与试验结果进行量化对比,良好的对比结果证明了该方法的可靠性。

通过光纤传感器和微型热电偶简单耦合方法测量内部平均应变和温度的变化来监测复合材料液体树脂灌注成型工艺

作为复合材料液态成型技术(LCM:Liquid Composites Moulding)中的一种,液体树脂灌注成型工艺(LRI:Liquid Resin Infusion)以其良好的发展前景已经越来越多地被先进复合材料制造产业所关注。为了提高对液体树脂灌注成型工艺的认知并从而达到对其良好的控制度,需要在实际制造工艺进行中监测其重要的制造参数,如纤维层的应变、树脂的流动情况等等。在对整体工艺过程产生尽可能小的影响和干扰的前提下,一种微型热电偶配合光纤传感器的简单耦合测量技术被用来在灌注过程中监测碳纤维层平均应变和树脂温度。碳纤维层平均应变的测量反映了液体树脂灌注成型工艺不同阶段下(浸润阶段、固化阶段、冷却阶段)碳纤维层特性的变化。另一方面树脂温度的监测不仅可以有效地估测液态树脂灌注时间而且可以观察到树脂流动前沿的特性。为了进一步验证碳纤维层平均应变这一间接测量结果,一种特殊的微型电子应变仪会同时应用到该实验中来。研究表明:液体树脂用550 s浸润完全整个纤维层,并且在该阶段整个纤维层一直处于压缩状态。在接下来的75 min中的树脂固化阶段纤维层压缩变形量达到了最大值。冷却阶段会释放出少部分的压缩应力,但还有一部分残余应力出现在成型件中。最终间接与直接的两种测量方法所得到的实验结果的比较与验证会更加完善对复合材料液态成型技术的研究。

基于呼吸图法的环氧树脂基超滑液体灌注防冰涂层

通过呼吸图法构筑了多孔环氧树脂基底,并在此基础上通过聚二甲基硅氧烷改性以及二甲基硅油润滑液灌注制备了具有优异润滑性的液体灌注涂层.实验结果表明,基底表面孔径及孔隙率随着环境湿度增大而增大,且涂层在不同金属基底上都有良好的黏附性能.基于上述基底所制备的液体灌注涂层具有较低的滚动角(2°),且对多种液体具有良好的滑动性.该涂层被用于冰黏附的防治,展现出较低的冰黏附强度(175 kPa)及较长的延迟结冰时间(>600 s),表明其具有优异的防冰性能.

液体树脂灌注成型工艺中树脂流动前沿特性的估测和分析

近年来树脂浸泡成型工艺(RIP)越来越多地应用到了航空复合材料制造业上。作为树脂浸泡成型工艺中一种新型的有着良好运用前景的液体树脂灌注(LRI)成型工艺开始进入了人们的视野。为了增加对LRI工艺的认知和提高对其的监控能力,着重介绍如何在LRI工艺进程中监测树脂流体的流动前峰。树脂流体流动前峰的检测将依赖于一组放置在纤维层中的微型热电偶传感器来完成,通过与光纤传感器测量结果的比较,表明微型热电偶传感器可以利用测量纤维层中不同处的温度变化来监测树脂流体到达该处的时间。测量与分析结果大大提高了对LRI工艺中树脂流体在纤维层层面和沿纤维层厚度两个方向上流动特性的认识,并为将来的模拟计算和对此工艺的进一步研究奠定良好的基础。