針對大型樹脂基復(fù)合材料制件不適于用實(shí)驗(yàn)試錯法進(jìn)行充模方案設(shè)計的問題,在分析樹脂流動規(guī)律的基礎(chǔ)上將大型薄殼件的求解區(qū)域分解,仿真分析了不同充模方案下樹脂在纖維中的流動行為和模腔內(nèi)壓力變化,提出在制件填充面積等分處設(shè)置流道的方法,選擇和優(yōu)化大型薄殼制件的充模方案。結(jié)果表明:①對于不便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)試錯法進(jìn)行真空輔助樹脂傳遞模塑（VARTM）工藝充模方案設(shè)計的大型薄殼制件,可以采用數(shù)值模擬的方式,以達(dá)西定律、能量守恒定律等為計算依據(jù),求解壓力場和速度場,對比不同仿真方案的充模時間等數(shù)據(jù)合理安排注膠方式方法,指導(dǎo)VARTM工藝制備大型復(fù)合材料制件合理安排注膠方式,提高生產(chǎn)率、減少因樹脂浸潤不均勻產(chǎn)生的缺陷。②對于大型薄殼類制件,忽略厚度方向尺寸,影響充模時間的主要因素為流道長度和樹脂流動距離。選取盡可能長的注膠流道,合理設(shè)置流道位置以減少樹脂流動的距離;長流道可以增加樹脂瞬時注入量、提高較長時間的壓力差;而樹脂流程越長,樹脂前鋒處壓力損失越大,流速越慢。③試驗(yàn)提出了制件填充面積等分處設(shè)置流道的方法。將大型薄殼工藝制件充模面積等分,注膠流道布置在垂直于制件長度方向的面積等分線上,可縮短充模時間并減少制... 

【文章來源】：東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2020,48(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

風(fēng)機(jī)葉片外殼單元格模型

根據(jù)上述方案仿真結(jié)果,選取盡可能長的注膠流道,合理設(shè)置流道位置以減少樹脂流動的距離,同時盡量保證模具內(nèi)壓力充足,使葉片四周同時浸潤,可以縮短完整充模時間,減少樹脂浪費(fèi)。根據(jù)方案4中前鋒位置和壓力隨時間的變化,可得到表2、表3。由表2數(shù)據(jù)可得,流向葉尾的樹脂提前完成了浸潤流出充模系統(tǒng),葉尾部分較為狹長,雖然流程長度方向與流向葉根部分相等,但表面積不同。觀察樹脂充模云圖,得到樹脂浸潤面積的網(wǎng)格數(shù),經(jīng)計算,7 200 s時流道兩側(cè)的樹脂浸潤面積大致相同,可以考慮將充模流道設(shè)置在垂直于制件長度方向的面積等分線上,使得制件內(nèi)樹脂浸潤均勻并且減少流失樹脂量。由方案4可知,在距離流道較遠(yuǎn)的狹窄區(qū)域充模壓力損失大,可通過增添流道的方式,補(bǔ)充樹脂和模腔壓力差,以達(dá)到四周同時浸潤的目的。圖5 方案1中3點(diǎn)壓力-時間變化曲線

隨著復(fù)合材料制備工藝技術(shù)的發(fā)展和市場對大尺寸制件需求的增加,短生產(chǎn)周期、低成本、環(huán)保型復(fù)合材料成型技術(shù)成為近年來復(fù)合材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM)工藝是一種典型的液態(tài)復(fù)合材料成型工藝(見圖1):將纖維預(yù)制體置于模具表面,并鋪設(shè)用以改善滲透性和樹脂流動性的導(dǎo)流介質(zhì);設(shè)置樹脂的入口、出口、流道后,用真空膜袋密封;利用真空泵產(chǎn)生的模腔內(nèi)外壓力差,推動樹脂浸潤纖維預(yù)制體,樹脂固化后脫模成型,完成制件加工。VARTM加工過程采用整體閉模成型,制件整體表面光潔度和尺寸精度高,極大提高成型效率的同時可節(jié)約制造成本[1-2]。大型薄殼制件充模方案的設(shè)計是VARTM工藝技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),會直接影響充模過程中樹脂的流動行為、模具內(nèi)壓力變化和完整充模時間等;樹脂注膠流道設(shè)計、注膠口和溢膠口的位置設(shè)計是否合理有效,是影響充模產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素[3]。傳統(tǒng)的模具樹脂流道設(shè)計是以工程試驗(yàn)加經(jīng)驗(yàn),采用試錯的方法完成的;但實(shí)際生產(chǎn)中,樹脂流動軌跡復(fù)雜,且大型薄殼制件的模具制作過程復(fù)雜、試驗(yàn)周期長,僅靠工程試驗(yàn)很難掌握樹脂在復(fù)雜結(jié)構(gòu)預(yù)制體中的流動狀態(tài)[4]。若在實(shí)際生產(chǎn)布置注膠流道之前,借助數(shù)值模擬和計算機(jī)仿真技術(shù)對樹脂在模具型腔內(nèi)的流動狀態(tài)及流動規(guī)律進(jìn)行模擬仿真,不僅可以縮短產(chǎn)品研制周期、減少瑕疵件的產(chǎn)出比例,而且能夠減少人工成本和研發(fā)投入,提高制件的力學(xué)性能和質(zhì)量[5-6]。許多研究者通過數(shù)值模擬方法研究充模工藝中樹脂流動規(guī)律。江順亮[7]提出樹脂傳遞模塑(RTM)充模分析的隱式控制體積法及其迭代方法,改善了隱式方法的迭代過程;楊波等[8]提出了依據(jù)混合網(wǎng)格方法的VARTM充模仿真算法;Dong[9]提出了利用響應(yīng)面法建立流動模型,用以指導(dǎo)工藝參數(shù)和導(dǎo)流介質(zhì)的選擇。但針對大型薄殼制件的充模方案選擇和優(yōu)化研究仍然較少。本文通過仿真分析對比樹脂在大型薄殼制件中不同寬度部分的流動過程、壓力分布,運(yùn)用將流道布置在制件面積等分線上的方法,改變注膠流道和溢膠口的布置方式,以減少充模時間和樹脂富集現(xiàn)象,達(dá)到更好的生產(chǎn)效果。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]VARTM工藝中纖維滲透率的測量方法研究[J]. 徐碩,劉誠,范豪,花軍,許子涵.  林產(chǎn)工業(yè). 2019(04)
[2]基于PAM-RTM軟件仿真的RTM工藝復(fù)合材料前邊條流道設(shè)計研究[J]. 李延平,郭鵬亮,蘇亮,萬建平,殷俊,辛洪南.  教練機(jī). 2018(02)
[3]基于混合網(wǎng)格方法的VARTM工藝充模仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 楊波,王時龍,畢鳳陽.  復(fù)合材料學(xué)報. 2017(08)
[4]一典型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料零件的VARTM注射方式優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)[J]. 鄒如榮,柳和生,賴家美,余松標(biāo).  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2015(12)
[5]復(fù)合材料副翼典型結(jié)構(gòu)件的VARI工藝模擬及試驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 肖飛,姜茂川,劉強(qiáng),陳志平,張博明.  航空材料學(xué)報. 2015(03)
[6]VARI制備高長徑比復(fù)合材料的樹脂流動研究[J]. 傅宏俊,繆贏,繆鎬謙,李遠(yuǎn),馬崇啟.  高科技纖維與應(yīng)用. 2015(01)
[7]RTM充模分析的隱式控制體積法及其迭代方法[J]. 江順亮.  南昌大學(xué)學(xué)報(理科版). 2006(02)

碩士論文
[1]機(jī)翼復(fù)合材料縮比模型蒙皮的RTM成型工藝研究[D]. 詹東.大連理工大學(xué) 2017
[2]纖維增強(qiáng)復(fù)合材料VARTM工藝樹脂充填模擬及實(shí)驗(yàn)研究[D]. 王德盼.南昌大學(xué) 2014



本文編號：2971102