风机叶片RTM工艺模拟分析及其优化

    式（5）是基于质量平衡的方程，利用式（5）可以求解流体流过各向异性多孔介质的的问题，压力是求解的目的参数。解方程的方法很多，本研究中采用有限元/控制体积方法（FEM/CV）。
    2  充模过程模拟分析优化
    2．1 风机叶片RTM工艺模拟
    根据上述数学模型自行开发了数值计算软件，此软件与PATRAN相结合构成了基于有限元/控制体积方法（FEM/CV）的RTM工艺模拟仿真系统。利用此模拟仿真系统对风机叶片的充模过程进行了分析和工艺优化。
    风机叶片的木制模型如图1所示，利用有限元分析软件PATRAN（对风机叶片（尺寸：1300mm×173mm×43mm）进行建模（三维）。采用四结点四边形单元对整体零件进行有限元部分，得到的有限元模型如图2所示，模型中包含结点3225个，单元3215个。

    采取线注射方式，注口位置如图3所示，将复合材料盒体的有限元模型数据输入三维计算软件。在计算中设定渗透率为1.0×10-9m2,纤维体积含量35%:

      树脂粘度0.3Pa.s，注射压力为0.15MPa，在PATRAN中处理计算所得数据，并显示不同时刻的流动前峰位置和模腔内的压力分布，如图4所示。分析流动前峰位置和压力分布图时，以图左侧的色柱为参考，色柱左侧标有单位（时间和压力），数值由下至上增大，色柱上色块的颜色由下至上从白色开始，黑度依次变化。流动前峰图书馆时（图4（a）），充模过程中最先填充的地方即注口处显白色，然后构件上条纺的颜色沿树脂流动方向以色柱上色块的黑度由下至上变化，从而可以考察充模过程中树脂流动前锋的位置。压力分布图中（图4（b）），最先填充的地主压力最大，因而此处的颜色是其色柱上顶端色块的颜色，然后条纹的颜色沿树脂流动动方向以色柱上色块的黑度由上至下变化，从而考察模腔内的压力分布。最终为确定注射口和溢料口的位置提供依据。实际工艺过程：注射压力0.15MPa，纤维体积含量35%，树脂粘度0.3Pa.s。实际充模的时间为在180～300s，与模拟充模时间176.1s比较接近。可见模拟充模时间对实际工艺有一定的指导意义，而更重要的是通过分析模拟结果可以优化工艺。因整个充模过程在封闭不透明的模具中进行，可得的实验数据只有充模时间。