VARI工艺成型大型方舱的计算机模拟关键技术研究

发布时间：2017-08-18 20:14

  本文关键词：VARI工艺成型大型方舱的计算机模拟关键技术研究

  更多相关文章： 方舱 有限元分析 VARI工艺 等效渗透率 PAM-RTM 粘度模型

【摘要】：真空辅助成型工艺(VARI, Vacuum Assisted Resin Infusion)是研究学者在树脂传递模塑工艺(RTM, Resin Transferring Molding)的基础上又借鉴了真空袋法开发的一种先进的低成本复合材料成型技术,具有纤维孔隙率低、产品性能好、工艺灵活、成本低廉等优点,非常适合汽车、飞机、船舶等大尺寸产品的生产。VARI工艺的模腔是由一面刚性模具、一面真空袋膜组成,所以该工艺只能成型一面光滑、一面粗糙的制品。本课题的目的是设计一种符合实际要求的大型复合材料夹芯结构方舱,其铺层结构为纤维层-PVC泡沫-纤维层,并使用PAM-RTM模拟软件对使用VARI工艺生产方舱的过程进行计算机成型模拟。大型方舱的成型模拟的主要影响因素有树脂体系的粘度、纤维层的组成、铺层的方式、注胶口、出胶口和流道的设置等。本文使用实验和模拟的方法对这些因素进行研究,优化相应的工艺参数,得出一个对大型方舱的VARI成型工艺具有指导意义的结论。对方舱中使用的环氧树脂体系流变性能进行了系统性研究,利用Origin分析和拟合处理等方法对树脂体系进行等温粘度特性、动态粘度特性分析,并得出了环氧树脂体系的粘度模型,为大型方舱的VARI工艺计算机模拟提供数据支持,又通过DSC分析此类环氧树脂体系的凝胶化温度和固化温度。分析了纤维材料的渗透率的测试方法,并针对性的对实验用单轴向玻璃纤维、双轴向玻璃纤维和双轴向碳纤维三种纤维织物的渗透率进行了实验研究。然后通过综合讨论夹芯结构的计算方法和有限元建模的方法,提出一种新的等效渗透率的计算方法,并确认将方舱模型简化为2D壳单元模型的方案,最后通过实验计算出夹芯结构等效渗透率的数值。本文参考《军用方舱通用规范》和相关的技术标准,使用SolidWorks软件设计并建立方舱的实体模型,然后再将方舱实体模型简化为2D的壳单元模型,最后使用VisualMesh对方舱模型进行有限元网格划分。通过分析方舱结构和形状,根据注胶口和出胶口位置的设置的不同,设计6种不同的充模方案,然后采用PAM-RTM软件对方舱的VARI工艺成型过程进行树脂充模模拟,通过分析树脂流动云图动画、树脂充模时间云图及充模压力分布图分析不同充模方案对方舱VARI成型工艺过程及结果的影响。为了更加符合实际生产中的充模过程,本文结合重力和真空压力对充模过程的影响对充模方案进行了优化,并得出最优的充模方案为：顶面长轴注胶,四底角出胶,抽真空的压力大小为一个标准大气压,重力方向垂直向下。优化后的充模方案具有充模时间短、充模压力分布均匀和无明显缺陷产生等优点。
【关键词】：方舱 有限元分析 VARI工艺 等效渗透率 PAM-RTM 粘度模型
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 引言13-14
• 1.2 真空辅助树脂注射成型(VARI)工艺14-21
• 1.2.1 VARI成型工艺原理15-16
• 1.2.2 VARI成型工艺特点16-17
• 1.2.3 VARI工艺的技术要求17-18
• 1.2.4 VARI成型工艺国内外研究现状18-21
• 1.3 存在的问题21-22
• 1.4 本课题主要研究内容22-23
• 第二章 VARI工艺用环氧树脂体系流变性能研究23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 流变特性研究实验部分23-25
• 2.2.1 主要实验原材料23-24
• 2.2.2 实验设备及测试方法24
• 2.2.3 粘度的测定24
• 2.2.4 DSC测定24-25
• 2.3 结果与分析25-32
• 2.3.1 环氧树脂体系动态粘度特性25-26
• 2.3.2 环氧树脂体系等温粘度特性26-27
• 2.3.3 环氧树脂体系化学流变模型27-31
• 2.3.4 DSC分析31-32
• 2.4 本章小结32-35
• 第三章 方舱材料渗透率35-47
• 3.1 引言35
• 3.2 计算渗透率的理论基础35-37
• 3.2.1 达西定律35-36
• 3.2.2 一维流动渗透率的计算方法36-37
• 3.2.3 孔隙率测定37
• 3.3 纤维织物的渗透率测试37-41
• 3.3.1 实验材料与实验设备37-38
• 3.3.2 纤维渗透率的测试38-39
• 3.3.3 结果与处理39-41
• 3.4 夹芯结构的渗透率41-45
• 3.4.1 夹芯结构中的流动特性41
• 3.4.2 有限元建模的简化和等效渗透率的提出41-44
• 3.4.3 夹芯结构渗透率的数据处理44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 方舱有限元模型的建立47-53
• 4.1 分析软件平台47
• 4.2 VARI模拟的具体步骤47-48
• 4.3 SolidWorks建立模型48-50
• 4.4 方舱有限元网格的划分50-53
• 第五章 方舱成型的模拟和优化53-65
• 5.1 充模模拟方案拟定53-57
• 5.1.1 充模方案53-54
• 5.1.2 结果与分析54-57
• 5.2 充模方案的优化57-59
• 5.3 真空压力对充模过程的影响59-60
• 5.4 重力因素对充模过程的影响60-62
• 5.5 最终方案的成型过程62-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第六章 主要结论65-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-75
• 参与的科研项目75-77
• 学位论文评阅及答辩情况表77

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