复合材料树脂传递模塑工艺非饱和流动数值模拟与监测

摘要

树脂传递模塑技术（ResinTransferMolding）是复合材料低成本制造技术发展的重要方向，预计将成为二十一世纪复合材料制造的主导工艺技术之一。在充模过程中，树脂在纤维预制体中流动时，由于纤维对树脂地吸收作用，会产生非饱和流动，这样，就会有微孔隙的形成，导致复合材料出现缺陷。因此，研究树脂在纤维预制体中的非饱和流动有着重要的意义。
　　渗透率是表征液体在压力梯度下通过多孔介质时流动的难易程度的物理量，也是RTM工艺树脂流动模拟的关键参数之一。本文首先设计表面透明的方形模具，采用真空常压中心点注射的方法进行树脂传递模塑实验；同时，在模具透明的上表面标有刻度，记录在任意时刻树脂流动前峰的位置，再根据达西定律计算出了几种不同纤维的渗透率。
　　树脂在纤维预制件中流动分为饱和流动和非饱和流动。饱和流动是指树脂在纤维之间的流动，是树脂在整个模腔中的输运及分布的宏观过程。非饱和流动是指树脂在纤维束单丝孔隙之间的流动是树脂浸渍每束纤维的内部行为过程，它与复合材料中微孔隙的形成有密切关系。因此，研究树脂在纤维预制件中非饱和流动（微观流动）对提高RTM工艺产品质量有着是非重要的意义。本文首先采用实验的方法对纤维在预制件中的流动行为进行了观察和分析，研究表明，充模过程中的非饱和流动现象明显，但其影响因素复杂，定量描述十分困难。然后，利用汇函数方法建立了描述编织纤维预制体中非饱和流动的数学模型，推导了非饱和流动中的汇函数；最后采用有限元法对其在纤维预制件中的非饱和流动行为进行了定性的数值模拟，并将模拟的结果与实验结果进行了相互的比较和验证，结果表明本文的非饱和流动数值模拟结果与实验结果规律相同。
　　在RTM工艺中，树脂的注射压力、流动速度、孔隙含量的控制等都是RTM工艺参数控制的重要内容。获取这些数据资料的主要方法主要是RTM在线监测技术。本文采用CCD相机，以及光纤传感器对树脂在纤维预制件中的流动过程以及流动速度，将计算得速度与实验所测量到的速度进行比较；同时，将理论所用的时间与实验时间进行比较，并将得到的结果进行了分析，计算的与实验结果吻合良好。

目录

复合材料树脂传递模塑工艺非饱和流动数值模拟与监测

NUMERICAL SIMULATION OF UNSATURATED FLOW ANDRESIN FLOW MONITORING INRESIN TRANSFER MOLDING

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 RTM工艺国内外研究的现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 渗透率测定

2.1 前言

2.2 纤维体积分数的计算

2.3 渗透率测量方法

2.4 渗透率的计算

2.5 径向流动方法测定的渗透率的验证

2.6 本章小结

第3章 非饱和流动数值模拟与实验验证

3.1 前言

3.2 非饱和流动的数值模拟

3.3 非饱和流动实验

3.4 本章小结

第4章 树脂流动在线监测

4.1 前言

4.2 树脂在预制体中流动的在线监测

4.3 采用CCD相机对树脂表面流动的监测

4.4 本章小结

结论

参考文献

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