樹(shù)脂傳遞模塑工藝固化過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

1、研究開(kāi)發(fā)高性能的新型復(fù)合材料，是當(dāng)今世界材料科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。樹(shù)脂傳遞模塑工藝(Resin Transfer Molding，RTM)是近年來(lái)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料制備工藝中發(fā)展較快的工藝。RTM制品具有質(zhì)量水平高，尺寸和形狀精度高，并可以做局部增強(qiáng)設(shè)計(jì)，生成速度快，制造成本低，生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)揮發(fā)性氣體產(chǎn)生等眾多特點(diǎn)。目前，RTM已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、交通、建筑、通訊、衛(wèi)生、體育器材等領(lǐng)域。 RTM是指在一定的溫度和壓力下將低

2、粘度的熱固性樹(shù)脂注入預(yù)置增強(qiáng)纖維材料的模具型腔內(nèi)，待樹(shù)脂充分浸潤(rùn)增強(qiáng)材料后，再固化成型的工藝。RTM的固化過(guò)程是RTM成型過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。樹(shù)脂固化過(guò)程中發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)，形成復(fù)雜的溫度場(chǎng)梯度，導(dǎo)致非均勻固化，產(chǎn)生殘余應(yīng)力而影響RTM制品的質(zhì)量。因此，開(kāi)展RTM固化過(guò)程的數(shù)值模擬對(duì)于優(yōu)化固化工藝曲線，合理篩選固化工藝參數(shù)有著重要意義。 本文研究的內(nèi)容主要是RTM固化過(guò)程的溫度場(chǎng)和固化度場(chǎng)的數(shù)值模擬。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論，建立了

3、RTM固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，構(gòu)建了全量固化率與固化率增量的數(shù)值表達(dá)式；根據(jù)化學(xué)熱力學(xué)理論，將固化放熱反應(yīng)視為內(nèi)熱源問(wèn)題，推導(dǎo)了固化反應(yīng)熱釋放量和反應(yīng)放熱強(qiáng)度的數(shù)值計(jì)算表達(dá)式；采用統(tǒng)計(jì)交聯(lián)理論，建立了滿足凝膠化條件的交聯(lián)度與全量固化率的數(shù)學(xué)關(guān)系式：運(yùn)用加權(quán)余量法，并且引入了熱力學(xué)邊界條件，推導(dǎo)了伴隨固化反應(yīng)熱的溫度場(chǎng)基本控制方程。 以伴隨固化反應(yīng)熱的非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)為例，闡述了有限元固化區(qū)域離散的準(zhǔn)則，單元剖分和單元變分的方法，以及單