柱坐标系下沟槽型VARTM的数值模拟

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VARTM工艺是在RTM的基础上开发得到的,是一种低成本高性能先进复合材料制造技术,在航空航天、汽车和船舶等行业有着广泛的应用前景。高效生产质量稳定的树脂基复合材料的关键技术在于选择合适的工艺参数,制定合理的工艺方案。通过对成型工艺过程进行数值模拟,能够预测熔体在型腔内的状态及变化规律,从而可以辅助模具设计和成型工艺参数的设置与优化。本文采用有限元控制体法对树脂传递成型工艺的等温充模过程进行了数值模拟,主要研究工作包括以下几个方面:   1)针对沟槽型VARTM工艺树脂浸润增强体的特点,从Darcy定律以及质量守恒定律出发,建立了等温充模流动的理论模型和控制方程。   2)从理论基础、微分方程、初始条件和边界条件四个方面对比了树脂流动的控制方程和热传导方程,从而确定可以用ANSYS热分析模块进行二次开发来实现沟槽型VARTM成型工艺过程的数值模拟。   3)论文采用有限元控制体积法实现了沟槽型VARTM充模过程的数值模拟,即型腔内的压力场采用有限元法求解,并根据节点的控制体积的充填状况更新流动前沿,从而准确预测树脂流动前锋曲线、压力场及速度场的分布,为模具及工艺设计提供了有效的参考依据,并通过算例验证了程序的可靠性。   4)本文开发了沟槽型VARTM树脂流动过程数值模拟软件包,并集成到大型有限元计算软件ANSYS的热分析模块中,利用ANSYS强大的前后处理模块来实现几何模型的建立、有限元网格的划分及分析结果的显示。
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