基于水平集方法和斯托克斯/达西耦合的大变形树脂灌注成型工艺模拟

摘要整理

本研究提出了一种基于有限元方法的数值模型，用于模拟树脂灌注成型工艺。该模型能够描述树脂在多孔预成型件中的流动，同时考虑预成型件自身的大变形。研究采用宏观描述，将预成型件视为多孔介质。斯托克斯（Stokes）方程和达西（Darcy）方程分别用于描述树脂在液相区域和预成型件内的流动。该模型的独创性在于采用单一的非结构化网格，并通过混合速度-压力公式实现离散化。具体而言，整个离散区域采用 P1/P1 公式，其中达西区域通过多尺度公式进行稳定，斯托克斯子区域则采用基于分层泡函数（即 P1+/P1 有限元）进行稳定。符号距离函数（Signed Distance Functions）用于表示斯托克斯-达西界面以及捕捉移动的流前。对于预成型件的变形，采用了更新拉格朗日（Updated Lagrangian）格式。在拉格朗日公式中，湿态预成型件的行为通过特尔扎吉（Terzaghi）模型描述，其中干态预成型件表现出非线性弹性行为。渗透率通过卡门-科泽尼（Carman-Kozeny）关系式与孔隙率相关联。该模型已在 Zset 软件中实现。文末展示了多项树脂灌注成型工艺的数值模拟结果。

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