液体复合材料成型中模具曲率对渗透率的表征

摘要整理

复合材料流动模拟工具在液体复合材料成型（LCM）工艺中应用广泛但成本高昂且耗时，但对于设计具有合理树脂进口和真空出口位置的模具系统是必需的。复合材料制造工程师需要了解模具曲率半径对树脂流动的影响数据，以判断特定零件和模具是否需要昂贵的模拟软件来处理弯曲织物结构中的复杂流路和变渗透率问题，或者简单的流动模型是否足以为工装设计决策提供准确的模拟。本研究制造了4套具有等半径双曲率的模具，曲率半径范围为3.2~25.4 mm，用于表征两种不同纤维增强材料在模具曲率上的渗透率：1）碳纤维双向非织造布（NCF）和2）玻纤短切毡（CSM）。对每套模具进行了3次注入试验，共24次试验注入。每次试验中记录流动前沿位置随时间的变化数据。利用Darcy定律的积分形式估算弯曲区域渗透率KB，评估整个弯曲区域的平均流动渗透率，并考虑弯曲区域压实增加的几何因素，分别对凸面和凹面区域进行计算。结果表明：渗透率随工具半径增大而增加，增加速率随半径增大而递减，最终趋近于平面区域渗透率。通过应用刚性模型和变形模型（VI）在平面区域计算得到的渗透率比值，估算VI的KB值。研究提供了通用幂律拟合关系式，可用于LCM工艺模拟中估算增强材料任意弯曲部分的渗透率。结果表明曲率半径大于25 mm的曲线无需对平面渗透率进行修正。

相关论文