樹脂傳遞模塑工藝固化過程的數(shù)值模擬.pdf

1、研究開發(fā)高性能的新型復(fù)合材料，是當今世界材料科學的發(fā)展趨勢。樹脂傳遞模塑工藝(Resin Transfer Molding，RTM)是近年來纖維增強樹脂基復(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，并可以做局部增強設(shè)計，生成速度快，制造成本低，生產(chǎn)過程中無揮發(fā)性氣體產(chǎn)生等眾多特點。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、粘度的熱固性樹脂注入預(yù)置增強纖維材料的模具型腔內(nèi)，待樹脂充分浸潤增強材料后，再固化成型的工藝。RTM的固化過程是RTM成型過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。樹脂固化過程中發(fā)生放熱化學反應(yīng)，形成復(fù)雜的溫度場梯度，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，開展RTM固化過程的數(shù)值模擬對于優(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固化過程的溫度場和固化度場的數(shù)值模擬。根據(jù)化學反應(yīng)動力學理論，建立了

3、RTM固化反應(yīng)動力學模型，構(gòu)建了全量固化率與固化率增量的數(shù)值表達式；根據(jù)化學熱力學理論，將固化放熱反應(yīng)視為內(nèi)熱源問題，推導(dǎo)了固化反應(yīng)熱釋放量和反應(yīng)放熱強度的數(shù)值計算表達式；采用統(tǒng)計交聯(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)學關(guān)系式：運用加權(quán)余量法，并且引入了熱力學邊界條件，推導(dǎo)了伴隨固化反應(yīng)熱的溫度場基本控制方程。 以伴隨固化反應(yīng)熱的非穩(wěn)態(tài)溫度場為例，闡述了有限元固化區(qū)域離散的準則，單元剖分和單元變分的方法，以及單