树脂转移模塑(Resin Transfer Molding,RTM)已经发展成为纤维增强树脂基复合材料的主导工艺技术之一,该工艺的成型质量很大程度上取决于充模阶段树脂对预成型体的浸润程度。为解决目前RTM模具和充模工艺参数的设计需要进行大量试验而带来的高成本、低效率以及质量难以保证的问题,本文在分析国内外有关RTM工艺数字化技术及相关领域研究成果的基础上,对影响RTM工艺的预成型体几何结构、渗透率、充摸过程和缺陷形成进行了深入研究,并针对计算机辅助工艺过程分析的实际需要,将本文的研究成果应用于开发的RTMSimu系统中。预成型体的几何结构是影响RTM工艺参数的主要因素,建立预成型体几何模型是进行工艺仿真和成型缺陷预测的基础。本文在详细分析RTM织物预成型体多尺度结构特性的基础上,建立了三个尺度下的几何模型。在微观尺度,基于Monte Carlo随机运动法获得了纤维束前后两个截面不同的单丝分布,通过拉伸操作建立了纤维束初步模型,采用Bezier曲线理论对单丝中心线进行校正后,建立了同时包含轴向和径向随机性的微观纤维束模型。在细观尺度,分析了单胞内纱线的截面及弯曲状态,采用最小势能原理求解了单胞的几何参数,分析了单胞剪切和压缩变形过程,建立了预成型体单胞不同变形状态的几何模型。在宏观尺度,提出了基于几何信息的铺覆仿真算法,基于曲面切向量、法曲率等几何信息进行织物节点位置的求解,建立了二维织物在复杂曲面上的铺覆模型。预成型体渗透率是RTM充模过程仿真的关键参数,表达树脂在预成型体内流动的难易程度。本文以上述预成型体多尺度几何模型为基础,研究了微观纤维束和细观单胞的渗透率仿真预报方法。通过对纤维单丝间树脂流动进行仿真,预报了纤维束渗透率,结果表明,单丝的随机性分布对微观渗透率有一定的影响。建立了单胞内树脂双尺度流动的数学模型,研究了纱线卷曲和相互挤压对微观渗透率分布的影响,基于有限差分法建立了树脂流动控制方程的数值求解方法,求得了单胞内树脂流动压强和速度场,进而获得了单胞渗透率预测值。在正交单胞渗透率预测方法的基础上,采用贴体坐标法完成了剪切变形后流动控制方程从物理域到计算域的转换,实现了剪切单胞渗透率的预报。研究了单胞渗透率随剪切和压缩变形的变化规律。通过与文献预测数据和实验值对比,证明了本文预测模型和求解方法的正确性。针对树脂空气两相流难以直接求解的问题,研究了基于VOF(Volume of Fluid)多相流技术的RTM工艺充模过程仿真算法。通过在Navier-Stokes方程中增加流固阻力项的方式建立了RTM充模过程树脂流动的数学模型,基于VOF技术实现了上述模型的数值求解,算例表明上述算法具有较高的精度。针对带有预成型体变形的RTM工艺,为了避免对树脂流动/预成型体变形耦合方程的直接求解,建立了基于动态网格模型和主从单元法的充模过程全三维仿真算法,实现了基于黏弹性模型的预成型体变形计算,提高了仿真精度。算例表明上述算法能够实现充模过程中流场区域的动态更新和顺序注射策略的仿真。对RTM成型缺陷进行预测是充模过程仿真的一个重要任务。干斑是RTM工艺的主要缺陷之一,本文对干斑的形成以及演变过程进行了分析,基于VOF方法仿真了干斑的形成过程。研究了充模过程中的气泡产生机理,建立了气泡预测模型,该模型通过对比纱线内外的树脂流动速度来判断空气裹入的位置及其尺寸。重点分析了树脂流动方向和织物剪切变形对单胞浸润的影响,研究了气泡位置和尺寸随流动方向和剪切角的变化规律。通过实验验证了上述模型的正确性。基于本文的研究成果,开发了RTM充模过程数值仿真系统(RTMSimu)。在数据库系统的基础上利用面向对象编程语言完成了原型系统的开发,实现了RTM工艺预成型体几何建模、渗透率预测、充模过程仿真以及充模缺陷预测等功能的参数化驱动和各模块的集成。通过某型号汽车引擎盖的建模与仿真过程为例,展示了RTMSimu系统的主要界面和操作流程,并综合分析了系统的技术指标,初步验证了上述系统的可行性。