双尺度孔隙纤维织物中树脂流动的数值模拟

发布时间：2017-07-20 23:12

  本文关键词：双尺度孔隙纤维织物中树脂流动的数值模拟

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【摘要】：复合材料液体模塑成型技术(Liquid Composite Molding,简称LCM)是一种制造高性能大型复合材料构件的环保高效的方法。为了保证构件的生产质量,合理选择工艺参数和优化模具设计是其关键,传统工业中往往只是凭借经验或反复试验,既费时又不经济。因此,实现LCM工艺的数值模拟,对工艺优化具有重要作用。目前,对LCM工艺的模拟大多是建立在饱和流动模型的基础上,虽然适用于短切随机毡等一些特殊织物,但对于工业中大量使用的双尺度多孔纤维织物而言,树脂在孔隙中会产生非饱和流动,饱和流动理论不再适用。本文根据双尺度孔隙织物的结构特点,建立相应理论模型及基本控制方程,通过数值求解,对树脂在纤维织物中的非饱和流动特征进行研究与模拟分析。主要工作和成果包括以下几个部分:针对双尺度孔隙织物中纤维束内与束间树脂流动的明显差异,采用体积均质法,建立了LCM工艺中非饱和流动的理论模型,该模型包含分别反映束内微观流动和束间宏观流动的两套控制方程,且二者通过沉浸项互相耦合。基于控制体/有限元法,编写了树脂在单尺度纤维织物中的饱和流动模拟程序,并通过对一维饱和充模过程模拟结果与理论解析结果的对比,验证了程序的正确性。通过沉浸项的函数化表达,实现了束间宏观流动与束内微观流动控制方程的解耦,并借助单尺度程序模拟纤维束内饱和流动,确定了沉浸函数的具体表达式。采用有限元法对计算域进行离散,并应用迭代方法,求解束间宏观流动控制方程,编程实现了LCM工艺树脂在双尺度多孔纤维织物中流动的数值模拟。采用三向缝合织物进行一维恒流充模实验,对比相同条件下非饱和流动模拟及实验中的流动前沿位置,二者较为吻合,验证了程序的准确性。借助自行编写的程序,对不同条件下的一维非饱和流动进行模拟,并与单尺度理论下的饱和流动模拟结果对比,研究表明:非饱和流动中,预制件完全浸润所需的时间远大于流动前沿到达末端的时间;在一维恒流充模中,注射口压力随时间的增加出现非线性变化,且其趋势与半饱和区域的变化相关;一维非饱和流动中,半饱和区域中的压力梯度逐渐减小,导致压力沿流动距离的分布也偏离了线性。
【关键词】：非饱和流动 沉浸理论 数值模拟 实验对比
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;O241.8
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究背景9-11
• 1.1.1 复合材料液体模塑成型技术9-10
• 1.1.2 数值模拟的意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 单尺度理论11-13
• 1.2.2 双尺度理论13-16
• 1.3 本文的研究意义与内容16-18
• 第2章 基本控制方程18-25
• 2.1 体积均质法的基本思想18-20
• 2.2 双尺度理论模型20-21
• 2.3 束内单尺度饱和流动控制方程21-23
• 2.4 束间双尺度非饱和流动控制方程23-25
• 第3章 单尺度饱和流动模拟25-35
• 3.1 控制体积法25-27
• 3.2 饱和流动前沿的追踪27-28
• 3.3 有限元格式28-29
• 3.4 求解算法及程序实现29-30
• 3.5 数值算例30-34
• 3.6 小结34-35
• 第4章 双尺度非饱和流动模拟35-50
• 4.1 模型简化35-36
• 4.2 非饱和流动的描述36-39
• 4.3 沉浸函数39-41
• 4.4 非饱和流动前沿的追踪41-43
• 4.5 有限元格式43-44
• 4.6 求解算法及程序实现44-46
• 4.7 数值算例46-49
• 4.8 小结49-50
• 第5章 实验验证与分析50-63
• 5.1 实验原理及方法50-52
• 5.2 模拟参数的确定52-53
• 5.3 数值模拟及其实验验证53-55
• 5.4 双尺度纤维织物中树脂非饱和流动的特点55-61
• 5.4.1 饱和充模时间55-57
• 5.4.2 恒流充模过程中注射.的压力变化57-59
• 5.4.3 压力非线性分布59-61
• 5.5 小结61-63
• 第6章 总结与展望63-65
• 6.1 全文总结63-64
• 6.2 研究展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士期间发表的学术论文69
• 攻读硕士期间参加的科研项目69

【参考文献】

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1 邓京兰,王继辉,连军;RTM充模过程(Ⅰ):数学模型的建立[J];武汉理工大学学报;2003年07期

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本文编号：570433