RTM工藝滲透率的研究.pdf

1、樹脂傳遞模塑工藝(RTM)，作為液態(tài)模塑成型工藝(LCM)的一種，也是復(fù)合材料的一種封閉成型工藝.隨著復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，對RTM工藝的研究不斷深入，需要對其充模過程進(jìn)行流動(dòng)模擬，以便指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐.而纖維預(yù)成型體的滲透率研究對于RTM工藝的流程設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用非常重要，如何準(zhǔn)確地描述樹脂在復(fù)合材料中的滲透性能，對于模具設(shè)計(jì)的優(yōu)化、成型過程的數(shù)值模擬、制造周期的縮短、產(chǎn)品質(zhì)量的保證等尤為重要.故本文將著重研究RTM工藝的滲透率.
　　

2、 文章在前面首先論述了纖維增強(qiáng)材料滲透率研究的理論基礎(chǔ)，了解到RTM滲流的一些基本理論，通過對達(dá)西定律的描述和滲透率獲取方法的分析，采用了數(shù)值模擬這一目前應(yīng)用比較少的方法.緊接著闡述了一下關(guān)于Stokes流的均勻化理論，它是以連續(xù)的介質(zhì)理論作為基礎(chǔ)，認(rèn)定宏觀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是由周期性的微結(jié)構(gòu)在空間內(nèi)進(jìn)行重復(fù)堆積形成的，如此一來宏觀結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)可以表成微結(jié)構(gòu)性能參數(shù)的平均值.如前所述，宏觀多孔介質(zhì)中液體的流動(dòng)服從于Darcy定律，而微觀單胞

3、內(nèi)液體的流動(dòng)則可表征為Stokes方程.故而Darcy定律中的滲透率參數(shù)可以把宏觀的流動(dòng)與單胞內(nèi)的微觀的流動(dòng)銜接起來，通過均勻化方法對單胞內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行分析歸納以得到等效滲透率參數(shù)的計(jì)算表達(dá)式.
　　 本文研究的中心任務(wù)是針對目前研究較少的三維預(yù)成型體滲透率展開數(shù)值模擬，通過求解微觀結(jié)構(gòu)的三維Navier-Stokes方程，藉此得到微觀流動(dòng)中流體的速度場和壓力場，然后回代入宏觀流動(dòng)的達(dá)西定律求解，用以求出多孔介質(zhì)的等效滲透率參數(shù).

4、具體做法如下：運(yùn)用均勻化方法得到微觀的單胞模型，然后對微觀單胞內(nèi)的三維Navier-Stokes方程進(jìn)行變分和離散化，得到有限元離散方程，為了達(dá)到減小計(jì)算量和提高精度的效果，采用了混合有限元法進(jìn)行方程的求解，具體的算法是采用一個(gè)兩階的分裂算法的時(shí)間分離格式，并通過一個(gè)數(shù)值實(shí)例進(jìn)行算法的驗(yàn)證，運(yùn)用ANSYS軟件得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并把數(shù)值計(jì)算的結(jié)果與他人理論成果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行了比照，得到較好地近似，初步驗(yàn)證了算法的可行性，為以后進(jìn)一