本文關鍵詞：VARI工藝成型大型方艙的計算機模擬關鍵技術研究

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【摘要】：真空輔助成型工藝(VARI, Vacuum Assisted Resin Infusion)是研究學者在樹脂傳遞模塑工藝(RTM, Resin Transferring Molding)的基礎上又借鑒了真空袋法開發(fā)的一種先進的低成本復合材料成型技術,具有纖維孔隙率低、產品性能好、工藝靈活、成本低廉等優(yōu)點,非常適合汽車、飛機、船舶等大尺寸產品的生產。VARI工藝的模腔是由一面剛性模具、一面真空袋膜組成,所以該工藝只能成型一面光滑、一面粗糙的制品。本課題的目的是設計一種符合實際要求的大型復合材料夾芯結構方艙,其鋪層結構為纖維層-PVC泡沫-纖維層,并使用PAM-RTM模擬軟件對使用VARI工藝生產方艙的過程進行計算機成型模擬。大型方艙的成型模擬的主要影響因素有樹脂體系的粘度、纖維層的組成、鋪層的方式、注膠口、出膠口和流道的設置等。本文使用實驗和模擬的方法對這些因素進行研究,優(yōu)化相應的工藝參數,得出一個對大型方艙的VARI成型工藝具有指導意義的結論。對方艙中使用的環(huán)氧樹脂體系流變性能進行了系統(tǒng)性研究,利用Origin分析和擬合處理等方法對樹脂體系進行等溫粘度特性、動態(tài)粘度特性分析,并得出了環(huán)氧樹脂體系的粘度模型,為大型方艙的VARI工藝計算機模擬提供數據支持,又通過DSC分析此類環(huán)氧樹脂體系的凝膠化溫度和固化溫度。分析了纖維材料的滲透率的測試方法,并針對性的對實驗用單軸向玻璃纖維、雙軸向玻璃纖維和雙軸向碳纖維三種纖維織物的滲透率進行了實驗研究。然后通過綜合討論夾芯結構的計算方法和有限元建模的方法,提出一種新的等效滲透率的計算方法,并確認將方艙模型簡化為2D殼單元模型的方案,最后通過實驗計算出夾芯結構等效滲透率的數值。本文參考《軍用方艙通用規(guī)范》和相關的技術標準,使用SolidWorks軟件設計并建立方艙的實體模型,然后再將方艙實體模型簡化為2D的殼單元模型,最后使用VisualMesh對方艙模型進行有限元網格劃分。通過分析方艙結構和形狀,根據注膠口和出膠口位置的設置的不同,設計6種不同的充模方案,然后采用PAM-RTM軟件對方艙的VARI工藝成型過程進行樹脂充模模擬,通過分析樹脂流動云圖動畫、樹脂充模時間云圖及充模壓力分布圖分析不同充模方案對方艙VARI成型工藝過程及結果的影響。為了更加符合實際生產中的充模過程,本文結合重力和真空壓力對充模過程的影響對充模方案進行了優(yōu)化,并得出最優(yōu)的充模方案為：頂面長軸注膠,四底角出膠,抽真空的壓力大小為一個標準大氣壓,重力方向垂直向下。優(yōu)化后的充模方案具有充模時間短、充模壓力分布均勻和無明顯缺陷產生等優(yōu)點。
【關鍵詞】：方艙 有限元分析 VARI工藝 等效滲透率 PAM-RTM 粘度模型
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB332
【目錄】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 引言13-14
• 1.2 真空輔助樹脂注射成型(VARI)工藝14-21
• 1.2.1 VARI成型工藝原理15-16
• 1.2.2 VARI成型工藝特點16-17
• 1.2.3 VARI工藝的技術要求17-18
• 1.2.4 VARI成型工藝國內外研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3 存在的問題21-22
• 1.4 本課題主要研究內容22-23
• 第二章 VARI工藝用環(huán)氧樹脂體系流變性能研究23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 流變特性研究實驗部分23-25
• 2.2.1 主要實驗原材料23-24
• 2.2.2 實驗設備及測試方法24
• 2.2.3 粘度的測定24
• 2.2.4 DSC測定24-25
• 2.3 結果與分析25-32
• 2.3.1 環(huán)氧樹脂體系動態(tài)粘度特性25-26
• 2.3.2 環(huán)氧樹脂體系等溫粘度特性26-27
• 2.3.3 環(huán)氧樹脂體系化學流變模型27-31
• 2.3.4 DSC分析31-32
• 2.4 本章小結32-35
• 第三章 方艙材料滲透率35-47
• 3.1 引言35
• 3.2 計算滲透率的理論基礎35-37
• 3.2.1 達西定律35-36
• 3.2.2 一維流動滲透率的計算方法36-37
• 3.2.3 孔隙率測定37
• 3.3 纖維織物的滲透率測試37-41
• 3.3.1 實驗材料與實驗設備37-38
• 3.3.2 纖維滲透率的測試38-39
• 3.3.3 結果與處理39-41
• 3.4 夾芯結構的滲透率41-45
• 3.4.1 夾芯結構中的流動特性41
• 3.4.2 有限元建模的簡化和等效滲透率的提出41-44
• 3.4.3 夾芯結構滲透率的數據處理44-45
• 3.5 本章小結45-47
• 第四章 方艙有限元模型的建立47-53
• 4.1 分析軟件平臺47
• 4.2 VARI模擬的具體步驟47-48
• 4.3 SolidWorks建立模型48-50
• 4.4 方艙有限元網格的劃分50-53
• 第五章 方艙成型的模擬和優(yōu)化53-65
• 5.1 充模模擬方案擬定53-57
• 5.1.1 充模方案53-54
• 5.1.2 結果與分析54-57
• 5.2 充模方案的優(yōu)化57-59
• 5.3 真空壓力對充模過程的影響59-60
• 5.4 重力因素對充模過程的影響60-62
• 5.5 最終方案的成型過程62-64
• 5.6 本章小結64-65
• 第六章 主要結論65-67
• 參考文獻67-73
• 致謝73-75
• 參與的科研項目75-77
• 學位論文評閱及答辯情況表77

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本文編號：696527