【摘 要】
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三维机织复合材料由于其整体性好、力学性能优异,在航空航天、武器装备、汽车等领域中具有广阔的应用前景。高效低成本的液体整体成型工艺如树脂传递模塑(RTM)是三维机织复合材料的基本成型工艺,其中三维机织预制体的渗透特性对其成型质量和稳定性有着至关重要的影响。渗透率作为RTM充模过程的重要参数,描述了树脂在预制体中流动的难易程度,决定了树脂传递模塑成型工艺充模过程工艺设计和仿真分析的精确程度,进而影响了
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三维机织复合材料由于其整体性好、力学性能优异,在航空航天、武器装备、汽车等领域中具有广阔的应用前景。高效低成本的液体整体成型工艺如树脂传递模塑(RTM)是三维机织复合材料的基本成型工艺,其中三维机织预制体的渗透特性对其成型质量和稳定性有着至关重要的影响。渗透率作为RTM充模过程的重要参数,描述了树脂在预制体中流动的难易程度,决定了树脂传递模塑成型工艺充模过程工艺设计和仿真分析的精确程度,进而影响了注射方案的选择、模具的设计等。本文的目的在于开展关于三维机织预制体渗透特性的相关研究。首先对三维机织预制体面内和面外渗透率进行实验测量,并基于超声测试方法解决了面外渗透率难以通过常规方法测量的问题。此外,基于数值计算模型对预制体渗透率测试过程进行了仿真验证,同时建立了某航空发动机静子叶片的简化模型,对叶片的RTM工艺进行了仿真分析和工艺优化。最后,选取面内渗透率测试中的一种预制体进行了断层扫描,建立了细观单胞模型,通过数值模拟的方法进一步预测了该三维机织预制体的面内渗透率。具体如下:为了准确测量三维机织预制体的面内和面外渗透率,本文设计了面内和面外渗透率测试装置,采用径向法和超声透射法对三维机织A类预制体和B类预制体的面内和面外渗透率进行了测量分析。利用PAM-RTM软件对两类三维机织预制体面内和面外渗透率测试过程进行了仿真验证,通过与实验数据的对比,验证了实验数据的可靠性。建立了某航空发动机静子叶片结构的简化模型,设计了四种不同的注射方案并进行了仿真分析,通过对比选择了通过叶片根部进行面注射作为最佳注射方案,并选取该方案研究了注射压力对充模过程的影响规律。对面内渗透率测试中一种预制体进行了CT断层扫描,观察该预制体中纱线的走向和截面形状,分析出了该预制体的内部单胞结构。通过CT图像获得纱线参数后运用Tex Gen建立了该预制体的内部单胞几何模型。并利用Gebart公式预测了三维机织预制体纱线内部的渗透率。在此基础上创建了预制体内部单胞的有限元模型,导入ANSYS CFX 19.0进行仿真分析,得到预制体经向和纬向的渗透率。对比发现仿真结果与实验结果仍存在一定差距,通过分析讨论了造成偏差的可能原因。
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