RTM工艺微观流动行为的数值模拟研究

论文摘要

树脂传递模塑（Resin Transfer Molding,简称RTM）工艺是目前发展前景最大的先进复合材料快速制备技术,已在复合材料界受到国内外学者的高度重视。在RTM工艺中树脂的流动行为决定了制品的性能。因此研究树脂在RTM工艺中的流动行为,尤其流动前沿的形状及其压力场分布情况等对生产实践具有指导性的意义。（1）在考虑重力对流动的影响的基础上,建立纤维束间树脂流动的数学模型,模拟其非稳态的流动过程。对RTM工艺过程中孔隙形成机理进行研究,得到纤维束间距、成型温度、填充速度等参数对流动前沿的影响。（2）将增强材料看作多孔介质,把纤维束间和纤维束内看作纯流体/多孔介质耦合区域,在动量方程中考虑表面张力源项、粘性损失项和惯性损失项的基础上,基于N-S方程,建立增强材料中树脂流动的数学模型。并利用有限体积法离散动量方程,用PISO算法对其求解。结合VOF界面追踪的方法,改进了流体在增强材料中的非稳态流动问题的数值模拟方法。利用Fluent软件对纤维束内和纤维束间的流动进行模拟,获得恒流速条件下各工艺参数对流动前沿的影响规律。（3）在考虑厚度对流动前沿的影响的基础上,建立型腔内树脂流动的三维数学模型,对边缘效应进行数值研究,并与现有实验结果对比,两者吻合良好。本文对复合材料制备技术RTM工艺中树脂的流动行为进行研究,以实现低成本、低缺陷、高性能为目标,对其加工工艺参数的选择和优化具有重要现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 树脂传递模塑（RTM）工艺介绍
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 纤维束间树脂流动细观模拟
• 2.1 树脂流动行为分析
• 2.2 束间模型的建立及求解
• 2.2.1 数学模型的建立
• 2.2.2 流动控制方程离散及求解
• 2.3 束间树脂流动过程的数值模拟
• 2.3.1 纤维束间距对流动前沿的影响
• 2.3.2 温度对树脂流动前沿的影响
• 2.3.3 充填速度对流动前沿形状的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 增强材料内树脂细观流动行为分析
• 3.1 束间与束内流场数学模型的建立
• 3.1.1 基本假设与物理模型的建立
• 3.1.2 建立数学模型
• 3.1.3 离散控制方程
• 3.2 算例分析与讨论
• 3.2.1 填充速度对流动前沿的影响
• 3.2.2 粘度对流动前沿的影响
• 3.2.3 束间距对流动前沿的影响
• 3.2.4 渗透率对流动前沿的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 树脂充填过程中边缘效应数值分析
• 4.1 数学模型的建立和求解
• 4.1.1 建立数学模型
• 4.1.2 控制方程的求解
• 4.2 模拟结果及与试验结果的对比
• 4.3 算例分析与讨论
• 4.3.1 模具型腔厚度对树脂流动前沿的影响
• 4.3.2 边缘通道的宽度对树脂流动前沿的影响
• 4.3.3 无边缘效应的对比
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录（攻读硕士学位期间已公开发表的论文）