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立体机织复合材料因其良好的抗分层、抗冲击性能在航空航天领域广泛应用。作为立体机织复合材料的最佳成型方式,树脂传递模塑(Resin TransferMolding/RTM)成型技术在新一代的大涵道比发动机风扇叶片上得到了应用。在RTM工艺制备发动机叶片等外形复杂的航空航天部件的工艺过程中,预制体随模具轮廓发生压缩、弯曲和剪切等变形,导致渗透率变化,造成干斑、孔隙率过高等缺陷,影响制件的力学性能。
目前具有复杂轮廓的复合材料构件的RTM成型工艺普遍采用数值模拟的方法辅助模具和工艺设计。渗透率是RTM充模模拟的关键参数,对模具、流道设计起着至关重要的作用。为保证模拟结果的准确性,避免产生制造缺陷,必须研究预制体变形对渗透率的影响。
本文分别通过实验和计算的方法,探讨渗透率与立体机织预制体微结构参数的相关性,研究和掌握不同变形模式、变形量对织物渗透率和成型缺陷的影响规律。
实验方面,基于流动可视化技术,针对立体机织预制体压缩、剪切、弯曲等不同的变形方式,设计了合适的树脂流动形式和模具,结合对应的数据采集和处理方式,运用Darcy定律,测试计算了不同变形形式下预制体织物的面内渗透率和厚度方向的横向渗透率,讨论了变形对渗透率的影响。
数值计算方面,通过计算流体力学方法,在立体机织复合材料复杂变形预测研究的基础上,考虑束内和束间的双尺度流动,建立了变形前后预制体织物的多尺度模型,求得渗透率并与实验结果对比,检验计算模型及方法的有效性。通过对不同变形方式渗透率的计算,分析影响渗透率的关键结构参数,揭示预制体织物参数对渗透率的影响规律。
充模仿真方面,利用PAM-RTM软件分析预测了变形后立体机织复合材料缺陷的产生,对复合材料与金属经缝合连接形成的夹层结构板的RTM工艺进行了充模模拟,讨论了不同工艺参数对成型流动的影响。随后,运用RTM工艺制备了立体机织复合材料试件,验证了工艺的可行性,并进一步探究了不同变形模式和不同变形量对成型过程中缺陷类型及其分布的影响。
目前具有复杂轮廓的复合材料构件的RTM成型工艺普遍采用数值模拟的方法辅助模具和工艺设计。渗透率是RTM充模模拟的关键参数,对模具、流道设计起着至关重要的作用。为保证模拟结果的准确性,避免产生制造缺陷,必须研究预制体变形对渗透率的影响。
本文分别通过实验和计算的方法,探讨渗透率与立体机织预制体微结构参数的相关性,研究和掌握不同变形模式、变形量对织物渗透率和成型缺陷的影响规律。
实验方面,基于流动可视化技术,针对立体机织预制体压缩、剪切、弯曲等不同的变形方式,设计了合适的树脂流动形式和模具,结合对应的数据采集和处理方式,运用Darcy定律,测试计算了不同变形形式下预制体织物的面内渗透率和厚度方向的横向渗透率,讨论了变形对渗透率的影响。
数值计算方面,通过计算流体力学方法,在立体机织复合材料复杂变形预测研究的基础上,考虑束内和束间的双尺度流动,建立了变形前后预制体织物的多尺度模型,求得渗透率并与实验结果对比,检验计算模型及方法的有效性。通过对不同变形方式渗透率的计算,分析影响渗透率的关键结构参数,揭示预制体织物参数对渗透率的影响规律。
充模仿真方面,利用PAM-RTM软件分析预测了变形后立体机织复合材料缺陷的产生,对复合材料与金属经缝合连接形成的夹层结构板的RTM工艺进行了充模模拟,讨论了不同工艺参数对成型流动的影响。随后,运用RTM工艺制备了立体机织复合材料试件,验证了工艺的可行性,并进一步探究了不同变形模式和不同变形量对成型过程中缺陷类型及其分布的影响。