RFI工艺中树脂流动行为和固化过程分析

摘要

RFI(Resin Film Infusion)是一种低成本、高效率的复合材料成型工艺,尤其适合制造复杂形状的大型复合材料构件.RFI工艺过程包括树脂的流动和固化以及整个体系的温度由低到高变化,所以RFI工艺过程的研究涉及多孔介质渗流学,传热学和分子反应动力学等多种学科,是一个复杂的物理化学问题.该文运用材料学、力学和化学的有关理论,通过动量、能量、质量守恒原理,建立了描述RFI成型过程中树脂流动和固化阶段的数学模型.树脂流动阶段的模拟是根据牛顿流体在多孔介质中的渗流理论,应用Darcy定律并使用有限元/控制体技术建立起来的;热传递模型是一个二维瞬态热传导方程,考虑树脂反应放热;树脂的固化模型利用了Kamal提出的固化动力学方程,将固化度取为时间和温度的函数.该文用FORTRAN语言编写了RFI工艺过程的模拟程序,该程序可以用来模拟树脂对纤维预制件的浸渍过程和浸渍充模完成后整个构件的固化过程.使用该程序模拟了有一个加强肋的板的成型过程.通过对不同工艺参数(压力制度、温度制度等)下成型过程的模拟,分析预测了树脂流动行为、前沿位置和充模时间;制品和模具内的温度分布以及树脂粘度和固化度的变化.该文的研究及其所建立的理论模型和模拟技术,不仅对RFI这种高性能复合材料的低成本成型技术具有理论指导价值,而且对学科发展特别是对材料学与力学的交叉发展具有重要意义.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1 RFI成型工艺

1.1.1 RFI工艺简介

1.1.2 RFI工艺流程

1.1.3材料要求

1.1.4工艺特点

1.2国内外研究现状

1.3课题研究意义及本文主要内容

1.3.1课题研究意义

1.3.2本文主要研究内容

第2章理论模型的建立

2.1 RFI成型过程的研究内容

2.2树脂流动模型

2.2.1 Darcy定律和渗透率

2.2.2连续性方程

2.3热传递模型

2.4固化动力学模型

2.5树脂粘度模型

第3章RFI成型的有限元程序设计

3.1树脂流动分析

3.1.1数值分析方法

3.1.2有限元离散

3.1.3算法实现

3.2固化过程模拟

3.2.1有限元格式的构造

3.2.2算法实现

第4章模拟结果与分析

4.1树脂流动计算

4.2固化过程分析

第5章总结与展望

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间学术论文

致谢