树脂传递模塑成型工艺设计及数值模拟

论文摘要

树脂传递模塑成型（Resin Transfer Moulding,RTM）工艺是目前复合材料制造工艺中发展速度最快的工艺之一,合理的工艺参数是保证RTM制品质量的关键。目前RTM工艺参数主要靠人工设计、试验分析的方法设计和优化,工艺设计周期长、成本高、复用性差。本文在阅读国内外相关研究的基础上,将基于事例的推理技术和基于数值模拟的分析技术相结合,充分利用计算机技术来提高RTM工艺设计与分析的自动化、智能化水平,降低设计周期和成本。在分析RTM工艺过程的基础上,总结了制件缺陷与成型工艺参数之间的关系,提出了相应解决方案。将基于事例的推理技术应用于RTM工艺设计,建立了RTM工艺成型过程的数学模型,设计了RTM工艺设计与分析系统的总体框架。采用面向对象的表达方法,建立了RTM工艺事例的表达模型,并针对几何形状属性,实现了基于特征的几何形状属性分类。研究了相似事例检索算法,将近邻法和模板法相结合,实现了RTM工艺相似事例的检索。将数值模拟技术和基于规则的推理技术结合,提出了基于仿真的工艺参数评价与修改方法。完成了RTM工艺充模过程的数值模拟。在分析了充模过程仿真前处理步骤的基础上,提出了RTM充模阶段数值模拟基于特征的前处理方法;基于Darcy定律建立了树脂二维等温流动压力场控制方程,采用有限元控制体积法实现了压力场的计算和树脂流动前沿的跟踪;基于PAM-RTM的充模仿真结果,分析了数值模拟技术对RTM工艺设计的指导方法。基于上述技术,设计了RTM工艺设计与分析系统软件结构,明确了系统与PAM-RTM等支撑软件的接口,利用Visual C++6.0完成了系统的开发,并用实例验证了系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 树脂传递模塑工艺及其特点
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.3.1 复合材料RTM 工艺发展现状
• 1.3.2 复合材料计算机辅助工艺设计系统研究现状
• 1.3.3 RTM 工艺数值模拟研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 RTM 工艺设计与分析系统总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 复合材料RTM 成型过程分析
• 2.2.1 充模准备阶段
• 2.2.2 树脂流动充模阶段
• 2.2.3 树脂固化及脱模后处理阶段
• 2.2.4 RTM 工艺参数与成型缺陷之间的关系及解决方案
• 2.3 基于事例推理的RTM 工艺设计方法
• 2.4 RTM 成型过程数学模型
• 2.4.1 RTM 充模过程数学模型
• 2.4.2 固化过程数学模型
• 2.5 RTM 工艺设计与分析系统总体方案
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于事例的RTM 工艺设计
• 3.1 引言
• 3.2 RTM 工艺设计事例的表达与系统支撑库的建立
• 3.2.1 RTM 工艺事例面向对象的表达及事例库关系模型
• 3.2.2 事例几何形状属性的表达
• 3.2.3 系统支撑库的建立
• 3.3 基于事例的检索算法与重用方法
• 3.3.1 事例检索方法的选择
• 3.3.2 相似度的计算
• 3.3.3 事例相似度计算举例
• 3.3.4 事例重用方法
• 3.4 工艺参数的评价与修改
• 3.4.1 基于数值模拟的工艺参数评价与修改方法
• 3.4.2 工艺参数评价指标
• 3.4.3 工艺参数评价策略
• 3.5 本章小结
• 第4章 RTM 充模过程数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 基于特征的有限元前处理
• 4.3 二维等温流动压力场控制方程的建立
• 4.4 压力场控制方程的有限元计算
• 4.4.1 几何模型的离散
• 4.4.2 控制方程的离散
• 4.4.3 树脂流动前沿的确定
• 4.5 数值模拟实现及结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 RTM 工艺设计与分析系统的软件实现
• 5.1 引言
• 5.2 系统结构框架
• 5.3 系统实现模型及接口设计
• 5.3.1 软件主类结构模型的UML 协作图
• 5.3.2 支撑软件接口设计
• 5.3.3 项目文件存储规划
• 5.4 软件主要界面及设计实例
• 5.4.1 RTM 工艺设计与分析系统软件主界面
• 5.4.2 工艺设计实例
• 5.4.3 其他主要功能界面
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢