VARI工藝成型大型方艙的計(jì)算機(jī)模擬關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、真空輔助成型工藝(VARI，Vacuum Assisted Resin Infusion)是研究學(xué)者在樹(shù)脂傳遞模塑工藝(RTM，Resin Transferring Molding)的基礎(chǔ)上又借鑒了真空袋法開(kāi)發(fā)的一種先進(jìn)的低成本復(fù)合材料成型技術(shù)，具有纖維孔隙率低、產(chǎn)品性能好、工藝靈活、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，非常適合汽車、飛機(jī)、船舶等大尺寸產(chǎn)品的生產(chǎn)。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

2、品。
　　本課題的目的是設(shè)計(jì)一種符合實(shí)際要求的大型復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)方艙，其鋪層結(jié)構(gòu)為纖維層-PVC泡沫-纖維層，并使用PAM-RTM模擬軟件對(duì)使用VARI工藝生產(chǎn)方艙的過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)成型模擬。大型方艙的成型模擬的主要影響因素有樹(shù)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(shè)置等。本文使用實(shí)驗(yàn)和模擬的方法對(duì)這些因素進(jìn)行研究，優(yōu)化相應(yīng)的工藝參數(shù)，得出一個(gè)對(duì)大型方艙的VARI成型工藝具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。
　　對(duì)方

3、艙中使用的環(huán)氧樹(shù)脂體系流變性能進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，利用Origin分析和擬合處理等方法對(duì)樹(shù)脂體系進(jìn)行等溫粘度特性、動(dòng)態(tài)粘度特性分析，并得出了環(huán)氧樹(shù)脂體系的粘度模型，為大型方艙的VARI工藝計(jì)算機(jī)模擬提供數(shù)據(jù)支持，又通過(guò)DSC分析此類環(huán)氧樹(shù)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(cè)試方法，并針對(duì)性的對(duì)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。然后通過(guò)綜合討論夾芯結(jié)構(gòu)的計(jì)算

4、方法和有限元建模的方法，提出一種新的等效滲透率的計(jì)算方法，并確認(rèn)將方艙模型簡(jiǎn)化為2D殼單元模型的方案，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算出夾芯結(jié)構(gòu)等效滲透率的數(shù)值。
　　本文參考《軍用方艙通用規(guī)范》和相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)并建立方艙的實(shí)體模型，然后再將方艙實(shí)體模型簡(jiǎn)化為2D的殼單元模型，最后使用VisualMesh對(duì)方艙模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。
　　通過(guò)分析方艙結(jié)構(gòu)和形狀，根據(jù)注膠口和出膠口位置的設(shè)置的不同，設(shè)計(jì)6種

5、不同的充模方案，然后采用PAM-RTM軟件對(duì)方艙的VARI工藝成型過(guò)程進(jìn)行樹(shù)脂充模模擬，通過(guò)分析樹(shù)脂流動(dòng)云圖動(dòng)畫(huà)、樹(shù)脂充模時(shí)間云圖及充模壓力分布圖分析不同充模方案對(duì)方艙VARI成型工藝過(guò)程及結(jié)果的影響。為了更加符合實(shí)際生產(chǎn)中的充模過(guò)程，本文結(jié)合重力和真空壓力對(duì)充模過(guò)程的影響對(duì)充模方案進(jìn)行了優(yōu)化，并得出最優(yōu)的充模方案為:頂面長(zhǎng)軸注膠，四底角出膠，抽真空的壓力大小為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間短、充模壓力分