液体复合材料成型工艺设计中纤维预制体渗透率变异性的处理方法

摘要整理

在液体复合材料成型（LCM）工艺中，玻纤、碳纤或凯夫拉纤维预制体被放置在模腔内，液态树脂注入填充剩余空间，经固化形成复合材料。纤维预制体渗透率对模腔充模流型起关键作用，直接影响复合材料中是否产生气孔缺陷。渗透率张量描述液体通过各向异性纤维多孔介质的流动阻力，其空间分布通常不均匀。预制体渗透率的变异性及其在模具中的放置偏差会影响充模流型和制品质量。渗透率图谱规定了预制体各位置处渗透率张量各分量的数值，是实现稳健工艺设计的关键。本研究系统调查了创建渗透率图谱的多种方法和工具，以确保在预制体变异性存在的条件下完全充模。采用单向织物堆叠制造复合材料时，堆叠过程中的微小偏差会通过形成低阻力通道而显著改变厚度方向渗透率。通过实验表征了不同堆叠角度单向织物的层间渗透率，并通过数值模拟预测了纤维取向变化对层间渗透率的影响。结果表明堆叠序列显著影响厚度方向流动和横向渗透率。采用动态标度和自仿射分形几何概念分析了多孔介质中流动界面的时间演化和几何特征，证实其属于Kardar-Parisi-Zhang（KPZ）通用类。该表征方法可通过流动锋面轮廓分析定量评估预制体内异常区域的百分比。最后，建立了针对给定模具几何形状、进料口和排气口位置的渗透率图谱生成方法，确保在预制体变异和放置偏差引起的流动扰动条件下完全充模。通过在预制体上铺设高渗透性分流层（Distribution Media, DM），可有效调控树脂流型。采用离散优化算法开发了DM最优形状设计工具，考虑了镶件边缘竞争流引起的流动变异性。

相关论文