先進(jìn)復(fù)合材料VARTM工藝樹脂流動數(shù)值模擬研究

李 晨，黃 甲，陳 程，高麗敏

（1.中國商飛北京民用飛機技術(shù)研究中心民用飛機結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料北京市重點實驗室，北京 102211；2.上海理工大學(xué)機械工程學(xué)院，上海 200093）

先進(jìn)復(fù)合材料由于具備比模量和比強度高、耐腐蝕性能和抗疲勞性能好、設(shè)計和制造一體化成型等諸多優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用于航空、航天、交通運輸、能源和建筑等行業(yè)[1]。當(dāng)前，先進(jìn)復(fù)合材料已由最初作為產(chǎn)品次承力部件和內(nèi)飾材料逐步發(fā)展成為主承力部件的材料，但復(fù)合材料較高的使用成本在一定層面上限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。復(fù)合材料制品的成本主要來自原材料和制造工藝兩部分，其中制造工藝方面的成本占到70%左右[2]。

作為一種典型的先進(jìn)復(fù)合材料低成本成型工藝，復(fù)合材料液體成型技術(shù)（Liquid Composites Molding，LCM）因具有生產(chǎn)效率高、制件表面光潔度好、尺寸精度高、閉模成型環(huán)境污染小的諸多優(yōu)點得到越來越多的關(guān)注。VARTM 工藝作為液體成型工藝中較常見的方法，近年來已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)制造。例如，俄羅斯MC21 支線客機和龐巴迪C 系列飛機都將液體成型技術(shù)用于飛機機翼制造[3]。圖1[4]為一個典型的VARTM工藝。

傳統(tǒng)的對VARTM 工藝進(jìn)行優(yōu)化的方法往往需要依靠經(jīng)驗并通過大量試驗對樹脂流動情況進(jìn)行預(yù)測。這種方法需要耗費大量人員精力、資源和材料，拉長研制周期。而采用基于流體力學(xué)方程的有限元數(shù)值模擬方法對模具內(nèi)樹脂流動過程進(jìn)行模擬可以有效降低VARTM 工藝設(shè)計成本，有利于優(yōu)化工藝參數(shù)，從而提高產(chǎn)品開發(fā)效率。……