非等溫樹脂傳遞模塑成型仿真建模及應(yīng)用

趙 亮, 高勝暉*, 段躍新

（1.中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095；2.北京航空航天大學(xué)，北京 100191）

樹脂基復(fù)合材料有著良好的力學(xué)性能、質(zhì)量輕、耐腐蝕等特點(diǎn)，在航空、交通、電子電力等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其中一種高效的成型技術(shù)是樹脂傳遞模塑成型（ resin transfer molding， RTM） 。 采用RTM 工藝模擬仿真，可以有效的預(yù)測(cè)樹脂填充時(shí)間，優(yōu)化注膠口位置和溢料口位置，避免干斑缺陷，從而改善傳統(tǒng)試錯(cuò)的工藝驗(yàn)證方式，有效縮短工藝設(shè)計(jì)時(shí)間，節(jié)約成本。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，非等溫RTM 過程是更為接近真實(shí)生產(chǎn)過程的物理描述。相比等溫RTM 的仿真建模，非等溫RTM 需要同時(shí)考慮溫度和流場(chǎng)的耦合計(jì)算，對(duì)算法的可靠性和收斂性均提出了較高的要求。國外商業(yè)化軟件如法國的PAM-RTM、比利時(shí)的RTM-Worx 等均實(shí)現(xiàn)了非等溫RTM 工藝的仿真求解，在國內(nèi)企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。長期以來國內(nèi)針對(duì)RTM 仿真求解器的研發(fā)主要以等溫求解為主，針對(duì)非等溫過程的熱流耦合求解仍然處于基礎(chǔ)研究階段，目前國內(nèi)尚缺少成熟的針對(duì)工程應(yīng)用的非等溫RTM 工藝仿真模型，在實(shí)際生產(chǎn)過程中長期依賴國外商業(yè)化模型。隨著我國對(duì)基礎(chǔ)工業(yè)仿真重視程度的進(jìn)一步提升，工藝制造仿真作為基礎(chǔ)工業(yè)仿真的組成部分，也受到廣泛的關(guān)注和重視。

RTM 工藝的充模過程是一種典型的非定常流動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)于該過程的模擬仿真國內(nèi)外學(xué)者分別采用有限元、有限元控制體積法、有限差分法等進(jìn)行了研究。有限元方法可以用來模擬樹脂充模的工藝過程,但傳統(tǒng)有限元方法固有的特點(diǎn)使得求解過程較繁瑣，內(nèi)存消耗較大，計(jì)算速度較慢，且在追蹤流動(dòng)前鋒上存在一定不足[1]。……