基于PAM-RTM的CFRP平板RTM工艺及孔隙缺陷仿真

树脂传递模塑(RTM)成型过程中不同工艺参数对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)构件质量和性能有极大影响。为了精准设计RTM成型参数,降低最终构件的孔隙缺陷含量,分析充模过程中两种尺度孔隙率的变化及在构件中的分布规律,基于PAM-RTM软件对CFRP平板模型RTM成型的充模及双尺度孔隙形成进行了仿真模拟。分析了不同树脂黏度、浇注压力对填充时间及宏观和微观孔隙分布、孔隙率的影响规律;在构件中选取了不同位置的横向轴线并对比轴上宏观/微观孔隙的含量及分布特征,分析随着距离浇注口位置变化孔隙率的变化规律。结果表明,在恒压浇注条件下,浇注压力越大,树脂黏度越小,填充时间越短;树脂黏度为0.1Pa·s、浇注压力为1.5MPa时,充模时间最小,为13.11s。宏观孔隙率随浇注压力升高而减小,微观孔隙率则相反。宏观孔隙在开始填充一段时间后形成,孔隙率最终在出胶口达到最大值;微观孔隙则在填充初始阶段开始形成,孔隙率随着填充距离增加逐渐减小。3条横向轴上两种尺度孔隙率的变化趋势相近;浇注压力影响宏观孔隙开始形成的位置及微观孔隙结束形成的位置,并影响填充结束时的最大宏观孔隙率和填充开始时的最大微观孔隙率。

基于PAM-RTM的碳纤维复合材料汽车前地板成型过程数值模拟研究

利用PAM-RTM软件通过对汽车前地板的真空辅助成型工艺(VARI)进行了流道设计与仿真分析,考察了不同注射方式、不同导胶管间距对充模时间的影响规律,分析了树脂流动形态、模腔内压力分布以及溢料口位置对地板成型的影响,优化得到了汽车前地板成型的合理充模时间方案。在此基础上进行了汽车前地板的VARI成型工艺试验,得出充模时间为820s,与仿真结果982s较为一致。

基于PAM-RTM的复合材料电池箱上盖板CRTM工艺填充仿真

基于PAM-RTM软件对复合材料电池箱上盖板的树脂传递模塑成型(RTM)工艺和压缩树脂传递模塑成型(CRTM)工艺进行了仿真模拟。分析了不同注胶方案以及树脂黏度、模具压缩速度对CRTM工艺充模时间的影响规律,对比研究了CRTM与RTM工艺在恒压注胶和恒流量注胶条件下的填充时间变化及压力分布特点;同时,对两种工艺在成型不同目标纤维含量制品时填充时间的变化进行了研究。结果表明,CRTM充模时间随树脂黏度升高而线性增大,随压缩速度增大而减小。在恒压注胶条件下,注胶压力越低,CRTM缩短填充时间的效果越明显;在恒流量注胶条件下,两种工艺的充模时间差距相对较小,但RTM在整个填充过程中的压力值显著高于CRTM。在成型不同目标纤维含量的制品时,CRTM总的填充时间变化不大,RTM的填充时间则会随目标纤维含量的提高而显著增加。

基于PAM-RTM软件仿真的RTM工艺复合材料前边条流道设计研究

采用PAM-RTM软件的RTM模块对RTM工艺整体成型复合材料前边条流道设计进行模拟仿真研究,通过模拟对比分析了在不同条件下型腔内树脂的流动、压力分布以及充模时间,最终选出最佳的注胶流道方案,并在实际生产中得到验证。

基于PAM-RTM的风轮叶片真空辅助灌注仿真研究

通过工艺性实验来确定风力发电机组风轮叶片灌注流道设计是否合理,能否在理想的时间内将叶片壳体灌注完毕,减少因流道设计不合理导致大面积纤维材料未浸润,或因树脂在制品未灌注完成前已经固化引入的报废风险,不仅耗时耗力,而且人工和原材料成本都比较高,实验过程较为繁琐,通常要经历铺层、灌注、固化、去辅材、切割观察厚度剖面等工序,同时存在一次实验结果不理想,经调整后进行更多次实验的可能。为了解决这一情况,国内外产品制造厂商联合高等院校通过软件仿真模拟产品结构较复杂位置灌注过程,并与实际的工艺性实验过程进行对比,总结出灌注流道设计的一些方法和规律。为了研究风轮叶片VARI工艺过程中树脂在曲面构件中的流动规律,通过PAM-RTM、CATIA和Patran等仿真软件来实现上述过程,找出不同流道设计的异同点,进而优化参数,指导生产。

缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺树脂充填模拟及验证

采用"长条"模型代替泡沫中沿缝线方向树脂流动模型并对其等效渗透率及孔隙率进行计算;然后用PAM-RTM软件对缝合泡沫夹芯结构真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺树脂充填过程进行数值模拟,最后建立了流动可视化实验装置对模拟结果进行实验验证。对比模拟与实验结果表明,模拟与实验完成整个充填过程的时间非常接近,并且树脂在预成型体中流动方式及在预成型体上、下面板流动状态的数值模拟与实验结果也非常地一致。故建立的"长条"模型及其相关参数的计算是合理的,可以用来准确地预测缝合泡沫夹芯结构VARTM工艺树脂充填过程。另外,树脂在上面板流动前沿在沿宽度方向较为统一,而树脂在下面板流动前沿呈现锯齿状,容易产生空隙及干斑等缺陷,影响制品的质量。

碳纤维叶片大梁真空灌注工艺仿真和验证

碳纤维叶片是风电叶片的重要发展方向之一,本文通过PAM-RTM工艺仿真软件对碳纤维叶片大梁结构进行了工艺仿真分析。测得玻璃纤维双轴布的三维渗透率,开展了5 m碳纤维大梁结构真空灌注工艺仿真研究,并进行了工艺试验验证。结果表明,注胶总时间计算值与实测值偏差+18%,树脂流动前沿计算值与实测值偏差最大为+18%,灌注大梁成型后未发现缺陷。

嵌入加强筋的缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺树脂充填模拟及验证

在缝合泡沫夹芯结构复合材料的泡沫中嵌入轻质的加强筋板,可以在不增加缝合密度并且在只增加较少质量的前提下,增强复合材料制品整体的强度和刚性。文中对真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺树脂在嵌入加强筋的缝合泡沫夹芯结构复合材料预成型体中充填过程进行模拟和验证研究。采用一种矩形流道模型代替沿加强筋与泡沫空隙间的树脂流动,并对其等效渗透率及孔隙率进行计算;通过PAM-RTM软件模拟了嵌入加强筋板的缝合泡沫夹芯结构VARTM工艺的树脂充填过程,并建立了流动可视化实验装置与模拟对比,结果表明模拟与实验相当吻合。而模拟与实验的结果均表明加强筋的引入可以在局部加强树脂沿厚度方向的流动,但是会延缓树脂对整个预成型体的充填。

VARTM和RTM工艺模拟仿真比较

本文采用数字式粘度仪对不同温度和促进剂含量下添加氢氧化铝(ATH)的不饱和聚酯树脂(UPR)的粘度进行测试,然后以获取的实验数据作为参数,对复合材料部件模型用RTM(Resin transfer molding)和VARTM(Vacuum assisted resin transfer molding)两种工艺进行模拟仿真。仿真结果表明,在相同的参数条件和灌注方案下,VARTM工艺的填充时间小于等于RTM工艺的填充时间。当注口大于出口时,VARTM和RTM的填充时间基本相同;当注口小于出口时,VARTM工艺的填充时间要少于RTM工艺的填充时间。

复合材料汽车发动机罩外板CRTM成型工艺仿真

对压缩RTM(CRTM)成型过程进行了介绍,用PAM-RTM软件对汽车发动机罩外板的CRTM成型过程进行了仿真分析,并且与传统的RTM成型技术进行了对比,发现CRTM成型工艺可以在较低的树脂注射压力下将充模时间缩短69%-84%,大大提高了复合材料的生产效率。

复合材料加筋壁板结构件VARI液体成型工艺计算模拟

通过注模模拟软件PAM-RTM可以预测复合材料液体成型工艺中树脂的流动时间和模拟树脂的流动形式。渗透率是成型工艺模拟中重要的参数,面内和面外渗透率通常采用复杂且昂贵的封闭模具来测试,本工作自建了一套结构简单、操作方便且成本低廉的模具,使用真空辅助树脂灌注(VARI)工艺可获得准确的面内和面外渗透率参数。采用一种简单的等效建模方法,通过分层建模方法建立了有限元模型。将渗透率参数输入模拟注模软件PAM-RTM中,将使用等效建模方法所得模拟计算结果与实验液体成型结果进行了比较。计算模拟树脂充模时间为254 s,比实验工艺树脂充模时间(301 s)短。在使用等效建模方法的流道布局基础上,制备了加筋壁板结构件,对所选方案进行了工艺验证。

泡沫芯结构VARI工艺树脂渗透行为研究

针对泡沫芯结构,采用PAM-RTM软件进行了VARI工艺树脂渗透行为的模拟分析,分析对比了泡沫芯开单向槽、开十字槽以及厚向开孔三种不同处理方式对泡沫芯芯下树脂渗透行为的影响,并通过典型泡沫芯渗透试验进行验证,确定了适用于工程化应用的开孔泡沫芯处理方式,为VARI工艺在泡沫夹层类制件的工程化应用提供技术参考。

VARI制备高长径比复合材料的树脂流动研究

对VARI制备高长径比复合材料过程中的树脂流动行为进行模拟与实验研究,利用PAM-RTM软件模拟树脂流动过程,讨论了各工艺参数对树脂流动的影响,并通过实验测试对模拟结果进行了验证与比较。研究表明,纤维增强体孔隙率越大、注射压力越大和树脂粘度越低,树脂的填充速度越快。在模具直径>φ4 mm、注射压力>0.3 MPa、树脂粘度≤0.9Pa˙s和纤维体积分数≤60%的情况下,可以实现较长试件的快速注射,所需注胶时间最高不超过2 h。

非对称复杂泡沫夹芯复合材料VARI成型工艺设计与验证

针对一种民用飞机整流罩结构件,采用PAM-RTM辅助进行了非对称泡沫夹层复合材料结构的真空辅助液体成型工艺流道设计与优化,通过对比分析不同的流道设计方案,获取了非对称带开口的复杂泡沫夹层复合材料结构液体成型注胶过程中树脂的流动规律,形成了优选注胶方案,并进行了实际工艺验证。最后,对试验件成型质量进行了检测,无损检测结果表明试验件成型质量良好,没有超标缺陷。研究结果可为复杂泡沫夹层结构液体成型技术在民机结构上的应用奠定技术基础。

玻纤/环氧树脂复合材料VARTM成型工艺仿真及实验

针对真空辅助树脂传递模塑(vacuum assisted resin transfer molding,VARTM)工艺成型玻纤/环氧树脂复合材料存在气泡、聚胶等问题,采用PAM-RTM软件对该复合材料的VARTM成型工艺进行模拟仿真。通过改变流道的设计方案,控制树脂黏度,观测充模过程中树脂的压力分布及充模时间,优化实验工艺,进而对模拟结果进行实验验证。结果表明:最佳注射方案是平行于Y轴一侧线性注入,另一侧线性排出。多线性注射虽然可以提高效率但是同时会出现交汇、聚胶等现象。充模时间随树脂黏度的增加而增加,随着充模过程的进行,黏度过高的树脂会发生部分固化,影响纤维的浸润。因此,树脂黏度控制在0.5 Pa·s左右较为合适。根据模拟优化结果,采用VARTM工艺分别制备2种典型的玻纤/环氧树脂复合材料。发现最佳注射方案,制备的复合材料表面光滑,无明显气泡、聚胶等缺陷,注射方案较好。

复杂构件RTM整体成型工艺设计与仿真研究

以飞机预冷气引起口为典型构件,对其成型工艺进行探索,选择RTM成型工艺并应用PAM-RTM软件对RTM成型工艺影响参数进行虚拟仿真,确定模具设计的最终参数值。

VARI工艺下双马树脂在大克重碳纤维织物中的渗透行为研究

复合材料液体模塑成型工艺由于其独特的优势被广泛地应用于航空航天、汽车以及轨道交通等领域。随着复合材料液体成型发展中不断践行“用得起·用得好”这一理念,对复材制品的结构和功能等有了更高的要求。通过对真空辅助成型工艺用高温双马树脂在T700级大克重碳纤维织物中的渗透行为分析及利用PAM-RTM软件进行仿真,考察了不同注胶方式、不同辅助材料铺放等因素对树脂渗透行为的影响规律。确定了适用于典型结构制件的整体工艺方案,为VARI工艺成型具有高T_(g)双马树脂基复合材料的工程化提供技术参考。

复合材料带筋壁板预成型体压缩性与渗透性对树脂流动的影响

以航空碳纤维增强树脂基复合材料典型结构件带筋壁板为研究对象,通过对U3160单向织物的组织结构进行分析,根据纤维束的受压变形状态对其压缩响应进行理论建模,然后以纤维束压缩模型为基础,预测了U3160单向织物按0°/45°/90°/-45°铺层时预成型体在压缩应力作用下厚度变化的响应行为。建立了压缩应力作用下纤维预成型体的渗透率解析模型:在织物压缩模型的基础上,建立了纤维束等效渗透率模型;根据张量理论,分别建立了0°、±45°和90°铺层织物等效渗透率模型;运用渗透介质串并联关系,建立了带筋壁板各特征区域渗透率综合表征模型。基于PAM-RTM流动模拟软件,进行分区渗透率定义,在充模过程中对树脂在带筋壁板预成型体中的流动行为进行模拟,优化工艺参数,确定出最终充模方案,并制作带筋壁板实验缩比件进行成型实验,验证了充模方案的合理性。研究结果为制件的成功制作提供理论依据,从而指导生产实践。