液体复合材料模塑工艺的数值模拟——真实数字化增强体的液态树脂浸润：非饱和流动与虚拟渗透率

摘要整理

复合材料因其高比强度、设计灵活性等定制化性能，已广泛应用于航空航天、汽车和体育用品等高性能领域。为满足轻量化和高强度需求，液体复合材料模塑（LCM）工艺因其能够经济高效地制造复杂形状、集成特征的高质量复合材料零件而被广泛采用。然而，LCM工艺易产生流动诱发缺陷，严重影响最终产品质量。树脂在多孔织物中的流动行为复杂，特别是增强体孔隙结构的多尺度特性给流体流动建模带来重大挑战。本论文开发了一套鲁棒的多相多尺度数值模型，在介观尺度上模拟真实三维增强体的液态树脂浸润过程。研究重点是深化对流动物理现象的理解与预测，包括增强体渗透率、表面张力、润湿性及气体夹带等关键因素。模型整合了树脂与空气流体特性、增强体结构特征及优化边界条件，准确表征LCM工艺的实验条件。通过与详尽实验数据的对标验证，建立了复杂几何增强体树脂浸润模拟的鲁棒方法。研究成果能够准确评估非饱和增强体的表观渗透率，显式考虑表面张力和润湿性的关键影响。此外，开发了两套专用实验装置：一套用于测量复合材料制造中常用织物的饱和及非饱和渗透率，另一套用于显微镜下流动锋面的精细监测。实验数据为数值模型的严格验证奠定了基础，涵盖扫描织物几何中饱和/非饱和渗透率预测及液态树脂浸润过程中流动锋面推进的精确追踪。

相关论文