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纤维铺层内树脂浸润的降阶模型与高保真CFD模拟:中观尺度渗透率快速预测

Reduced order models and high-fidelity CFD simulation of resin infusion within fiber layups for fast determination of meso-scale permeability

Debabrata Adhikari, Jesper John Lisegaard, Jesper Henri Hattel, Sankhya Mohanty
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期刊 / 来源IOP Conference Series: Materials Science and Engineering
卷/期/页1338 / 1 / 012043
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关键词:树脂传递模塑降阶模型渗透率预测CFD模拟纤维铺层树脂浸润多尺度耦合

摘要整理

准确快速预测设计纤维铺层内树脂流动行为对于规划树脂传递模塑(RTM)复合材料制造至关重要。RTM的关键挑战是确保铺层在浸润过程中完全饱和,而渗透率的局部变化会阻碍饱和过程,导致复杂流动模式和干斑、气孔等缺陷。现有高保真数值模型工作流在预测渗透率时存在计算时间长、仅能模拟少数纤维层等局限。本文提出一种基于降阶模型(ROM)的工作流来解决这两个问题。该工作流通过结合试验设计方法与微观-中观尺度树脂浸润高保真CFD模拟来建立ROM。经验证的高保真模拟捕捉了主渗透率分量对纱线内部和纱线间几何堆积的依赖关系,而ROM则通过建立几何与最终渗透率的响应函数来预测渗透率。随后,高保真微观-中观CFD模型和降阶中观尺度渗透率预测模型均耦合到宏观尺度树脂浸润模拟中,该模拟模拟模具内基于局部纤维铺层具有不同局部渗透率值的平面直线流动。研究了预测的中观尺度渗透率对宏观尺度浸润的影响,并对高保真模拟与ROM进行了对比评估。

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