当前课程知识点:复合材料设计与成型 > 3 树脂传递模塑工艺 > 3.3 树脂流动模拟分析 > 3.3.1 视频单元
接下来,我们稍微拓展一点
请同学思考
二维渗流时,树脂渗流物理量如何求解
这是二维渗流试验装置和记录的树脂流动前锋位置
如果条件允许的话,大家可以重复该试验进行相应的研究
注射方式是点注射
树脂径向二维流动,流动前锋为椭圆形
图中所示的是连续毡预成型体中的树脂径向二维渗流情况
这是平纹布预成型体中的树脂径向二维渗流的情况
流动前锋为椭圆
再来看正交各项异性玻璃布预成型体中
树脂径向二维渗流的情况
椭圆形流动前锋的长短轴区别较大,方向刚好是正交方向
看了前面的试验记录
同学们思考几个问题
第一个,径向二维流动的注射方式
显然,是中心点注射
第二个问题
径向二维渗流的流动前锋有什么规律
显然,流动前锋基本上都是椭圆,所以遵循椭圆定律
第三个问题
渗流控制方程是什么
仍然是达西定律和渗流连续性方程
那么有没有解析解
我可以明确告诉大家,二维渗流有解析解
现在同学们思考前面提的问题,如何求解
思考再进一步,如果没有解析解,怎么办
有没有其他办法
三维渗流又该如何求解
这几个问题,作为拓展学习的内容,留给大家下去思考
上一节
我们学习“树脂渗流规律”
用解析法分析了单向一维渗流行为
但如果是三维渗流,解析法就很难求解或者是无法求解
怎么解决这个问题
采用数值模拟方法
这就是,接下来
我们要一起学习的内容:“树脂流动模拟分析”
目前树脂流动模拟分析,常用的数值模拟方法
主要有三种
有限元法、边界元法和有限差分法
这三种方法,各有优缺点
本课程中,我们只简单介绍一种方法:有限元/控制体积方法
树脂流动模拟,重点分析两个核心参数
树脂压力分布和流动前锋位置的变化
有限元将整个求解域分解成许多个有限单元
单元可以三角形或者是四边形
有限单元有节点,只要在节点上定义压力参数
就可以方便地求解出压力及其压力分布
但这种方法难以处理移动边界的问题
比如随时间变化的树脂流动前锋位置
为了解决移动边界的问题,定义控制体积
通过判断控制体积中树脂的填充情况,分析流动前锋的变化
这就是有限元/控制体积方法的基本原理
首先来看树脂压力分布的控制方程
实际上就是前一节我们学习的树脂树脂渗流微分方程
由连续性方程和达西定律连合建立
数学处理时,可以通过高斯定律进行体积分和面积分的转换
数值模拟时,只要对有限元单元的节点进行赋值
界定边界条件和初始条件
就可以通过有限元法、模拟出树脂压力分布的情况
在此基础上
树脂流动前锋位置的求解稍微复杂一些
需要一个定义填充系数来判断移动边界
填充系数可以定义为某时刻流进控制体积单元的树脂体积和控制体积单元体积之比
按照定义,填充系数有三种情况
第一种填充系数:F =0
说明没有树脂流入该节点控制体积单元,节点位置为未填充区域
第二种填充系数:0 说明树脂正流入该节点控制体积单元,节点位置为流动前锋位置 第三种填充系数:F=1 树脂已充满该节点控制体积单元,节点位置为已填充区域,流动前锋已经过了该节点 模拟结果分析 以天线罩为例,首先是建立有限元模型 如右图 模拟RTM树脂注射过程中 树脂压力场分布 树脂流动前锋位置 如图所示 通过数值模拟 我们可以方便地考察 注射口、出胶口位置的设置 注射压力、注射时间、渗透率、粘度等材料和工艺参数对树脂流动浸润情况的影响 进而可以优化设计这些工艺参数 指导工艺控制,实现成功制备 这就是数值模拟分析的优势 但数值模拟分析能不能用,可不可靠 取决于模拟结果是否准确 准确与否,验证一下就知道 同学们看这个流动实验 纤维织物预成型体,底边线注射,树脂单向流动,充模时间的实验值和模拟值完全相同 说明模拟准确性很高 再看预成型体中预埋工字梁的情况 实验值与模拟值也基本一致 而且,模拟能够真实地反映出 在制品工字梁内侧四角点,可能出现气体包夹、包裹、浸润不全的缺陷 改变注射方向 由工字梁的侧面注入,单向流动,充模时间的实验值与模拟值也基本一致 同学们再分析,可能出现缺陷的位置 是不是仍然是工字梁内侧四角点 显然,这四个点位置,树脂流动非常缓慢 改变注射方式 由角点注射,此时树脂流动前锋呈扇形推进,实验结果与模拟值基本一致 模拟也能很好地反映树脂注射流动的真实情况 此时,缺陷可能出现的位置仍然是工字梁内侧四角点 我们再改变注射方式 由中心点注射,流动前锋为椭圆,由于受工字梁的影响,椭圆变形为双椭圆耦合 可能出现缺陷的位置是 预成型体的四个角点位置 由于工字缓胶槽的影响,冲模时间的实验值与模拟值出现了一定的偏差 根据前面的分析,我们可以总结如下 树脂压力场分布和流动前锋位置的模拟分析,工艺参数和流动设计的优化 注射时间和制品缺陷的预测,工艺过程的控制等等 这就是树脂流动模拟分析的主要目的和实用价值
-1.1 课程简介及复合材料定义
--1.1.2 作业
--1.1.3讨论
-1.2 复合材料的命名与分类
--1.2.2 作业
-1.3 复合材料的特点
--1.3.2 作业
-1.4 复合材料的应用
--1.4.2 作业
--1 引言 课件
-2.1 颗粒增强原理
--2.1.2 作业
-2.2 短纤维增强原理
--2.2.2 作业
-2.3 界面效应
--2.3.2 作业
-2.4 复合材料界面
--2.4.2 作业
-2.5 复合材料界面表征与分析
--2.5.2 作业
-3.1 增强材料概述
--3.1.2 作业
-3.2 玻璃纤维概述、生产工艺、成分与结构
--3.2.2 作业
-3.3 玻璃纤维的性能、制品与规格
--3.3.2 作业
-3.4 碳纤维概述
--3.4.2 作业
-3.5 碳纤维的制备工艺
--3.5.2 作业
-3.6 碳纤维的结构、性能、制品与规格
--3.6.2 作业
-3.7 芳纶纤维
--3.7.2 作业
-4.1 聚合物概述
--4.1.2 作业
-4.2 聚酯概述、化学结构、合成与交联
--4.2.2 作业
-4.3 聚酯的性能与应用
--4.3.2 作业
-4.4 环氧树脂概述、化学结构、合成与表征
--4.4.2 作业
-4.5 环氧树脂的交联、性能与应用
--4.5.2 作业
-4.6 酚醛树脂及其他热固性树脂
--4.6.2 作业
-4.7 热塑性树脂及聚合物基复合材料的应用
--4.7.2 作业
-5.1 陶瓷及陶瓷基复合材料概述
--5.1.2 作业
-5.2 陶瓷基复合材料成型工艺
--5.2.2 作业
-5.3 陶瓷基复合材料的界面及强韧化
--5.3.2 作业
-5.4 碳碳复合材料及陶瓷基复合材料的应用
--5.4.2 作业
-6.1 金属基体
--6.1.2 作业
-6.2 金属基复合材料成型工艺
--6.2.2 作业
-6.3 金属基复合材料的界面
--6.3.2 作业
-6.4 金属基复合材料的性能与应用
--6.4.2 作业
-1.2 作业
-2.1 应力与应变
--2.1.2 作业
-2.2 广义胡克定律
--2.2.2 作业
-2.3 工程常数、平面应力状态、应力应变转换
--2.3.2 作业
-3.1 单向板的正轴刚度、刚度柔度变换
--3.1.2 作业
-3.2 倍角变换、偏轴工程常数
--3.2.2 作业
-4.1 层合板的代号、面内刚度
--4.1.2 作业
-4.2 典型层合板的面内刚度
--4.2.2 作业
-4.3 层合板的弯曲刚度
--4.3.2 作业
-4.4 单向层合板、对称层合板及夹芯结构的弯曲刚度
--4.4.2 作业
-5.1 最大应力与最大应变准则
--5.1.2 作业
-5.2 蔡-希尔、蔡-吴强度准则
--5.2.2 作业
-5.3 层合板的强度分析
--5.3.2 作业
-5.4 层合板的极限强度
--5.4.2 作业
-6.1 细观力学引言、平均性质
--6.1.2 作业
-6.2 单向板的工程常数
--6.2.2 作业
-6.3 单向板的强度
--6.3.2 作业
-6.4 热膨胀与湿溶胀系数
--6.4.2 作业
-6.5 层合板的残余应力
--6.5.2 作业
-7.1 复合材料结构控制方程
--7.1.2 作业
-7.2 简单构型复合材料一维受力构件的力学分析
--7.2.2 作业
-8.1 复合材料层合梁
--8.1.2 作业
-8.2 复合材料板梁
--8.2.2 作业
-8.3 复合材料薄壁梁
--8.3.2 作业
-1.1 绪论
--1.1.2 作业
--1.1.3 讨论
-2.1 手糊基本原理
--2.1.2 作业
-2.2 树脂对纤维的润湿(上)
--2.2.2 作业
-2.3 树脂对纤维的润湿(下)
--2.3.2 作业
-2.4 手糊技术进展和典型应用
--2.4.2 作业
-3.1 RTM基本原理
--3.1.2 作业
-3.2 树脂渗流规律
--3.2.2 作业
-3.3 树脂流动模拟分析
--3.3.2 作业
-3.4 RTM技术发展和典型应用
--3.4.2 作业
-4.1 RFI基本原理
--4.1.2 作业
-4.2 RFI树脂膜体系
--4.2.2 作业
-4.3 树脂固化制度的确定和RFI典型应用
--4.3.2 作业
-5.1 VIMP基本原理
--5.1.2 作业
-5.2 树脂的粘度特性
--5.2.2 作业
-5.3 纤维预成型体的渗透特性和VIMP典型应用
--5.3.2 作业
-6.1 拉挤基本原理
--6.1.2 作业
-6.2 拉挤内脱模剂
--6.2.2 作业
-6.3 拉挤技术发展和典型应用
--6.3.2 作业
-7.1 缠绕基本原理
--7.1.2 作业
-7.2 缠绕线型规律
--7.2.2 作业
-7.3 缠绕工艺参数、技术发展和典型应用
--7.3.2 作业
-8.1 模压基本原理和模压料工艺性
--8.1.2 作业
-8.2 SMC片状模塑料
--8.2.2 作业
-8.3 模压关键工艺参数和典型应用
--8.3.2 作业
-9.1 概述
--9.1.2 作业
-9.2 PIP基本原理
--9.2.2 作业
-9.3 PIP关键步骤
--9.3.2 作业
-9.4 致密化和典型应用
--9.4.2 作业
-课程考试