毕业论文范文——PAM-RTM在方舱设计中的应用

西安航空职业学院毕业论文PAM-RTM在方舱设计中的应用姓 名： 专 业： 航空电子 班 级： 完成日期： 指导教师: 摘要：使用PAM-RTM软件对放舱生产进行生产工艺设计与研究。对6种充模方案进行了仿真模拟，并确定最终工艺参数。通过对方舱设计6种不同的树脂灌注方案，然后用PAM-RTM软件进行模拟，通过综合分析模拟所得的充模动画、充模时间分布图及压力分布图，认为方案6即底边注胶、顶面中心出胶的充模时间较短，充模压力分布也较均匀。通过优化更加符合实际情况的注胶口、出胶口和流道，得到优化后的方案1和方案6，其充模时间大幅缩短且符合较实际的充模过程。PAM-RTM软件成功指导了方舱生产设计，并节省了前期工艺试验的人力与物力消耗。关键词：复合材料，RTM成型，PAM-RTM，模拟仿真1、前言使用VARI进行生产过程中，充模方案十分重要，比如入胶口和出胶口的数量和位置，快速流道的铺设，都会很大程度影响成型过程、成型时间和最后产品的质量。如果使用传统的实验方法对不同的充模方案进行设计、排除、选择和优化，特别是VARI工艺比较适用于大尺寸制品的生产，传统的实验方法将耗费庞大的人力、物力和时间，所以VARI工艺的计算机模拟势在必行。随着VARI工艺在船舶、航空航天等领域的普及利用，VARI工艺的计算机模拟取得了很大的进步65。本文通过计算机模拟的方法，使用PAM-RTM模拟软件，针对方舱的有限模型使用不同的充模方案，并得到树脂的动态流动云图和树脂的压力云图，来模拟方舱不同方案的成型过程1。2、充模模拟方案拟定在选择充模方案时，首先要确定注胶口的位置，然后开始设计出胶口。一般充模方案的注胶口和出胶口应该是对称的2。注胶口的位置基本上有三种情况3：(1) 中心附近：注胶口设计在成型件中心附近的位置，是比较常见的设计。(2) 边缘位置：注胶口设计在成型件一段的分配流道，树脂从边缘流道注射，而抽气口对称设计在模具的另一端上。(3) 外围周边：树脂通过外围周边分配流道注射，抽气口选择在中心或中心附近的位置。虽然外围周边注射的流道也在边缘，但其是闭合的，排气口在成型件的中心处。根据实际生产中常用的一点注胶、多点注胶及线形注胶方式，并结合本文的模型特征，初步制定了6种充模方案，具体如图 1所示：(c)(b)(a)(f)(e)(d)图1 不同的充模方案(a)长轴注胶 四周出胶(b)短轴注胶 四周出胶(c)中心注胶 四周出胶(d)一边注胶 一边出胶(c)四周注胶 长轴出胶(f)四周注胶 中心出胶Fig 1 Different filling program(a) Long axis injection (b) Short axis injection (c) Center injection(d) One edge inject (c) Surround injection (f) Surround injection此处需要注意，当树脂流过方舱的表面时，重力会对充模过程产生很大的影响，此部分先不考虑重力的影响，之后小结会重点讨论。3、 结果与优化3.1 结果与分析按照图1中的实验方案进行VARI工艺模拟，得到的树脂填充时间分布图如图2所示，6种方案充模完毕时刻的充模压力分布图如图3所示。(b)(a) (f)(e)(d)(c) 图2 不同方案的充模时间(a)长轴注胶 四周出胶(b)短轴注胶 四周出胶(c)中心注胶 四周出胶(d)一边注胶 一边出胶(c)四周注胶 长轴出胶(f)四周注胶 中心出胶Fig 2 Time of filling mold of different protocol(a)Long axis injection (b) Short axis injection (c)Center injection(d)One edge inject(c)Surround injection(f)Surround injection表1不同注射方案充模时间Table 1 Time of filling mold of different injection protocol注射方案123456充模时间/s236433316768883123241684(f)(e)(d)(c)(b)(a) 图3 不同注射方案最后时刻压力分布图(a)长轴注胶 四周出胶(b)短轴注胶 四周出胶(c)中心注胶 四周出胶(d)一边注胶 一边出胶(c)四周注胶 长轴出胶(f)四周注胶 中心出胶Fig 3 Pressure distribution of different injection protocol at the last moment(a)Long axis injection (b) Short axis injection (c)Center injection(d)One edge inject(c)Surround injection(f)Surround injection通过模拟结果对比可以发现，6种注射方案中，方案6即四周进胶，中心出胶注射所需充模时间最短，方案4即一边注胶，另一边出胶所需时间最长。对比方案1和方案2可知，当注胶位置同为顶面轴线时，由于轴线距离最远端的距离(一般都设为出胶口)不同，因此注胶的时间不同。进胶口距离出胶口的距离越远，所需要的充模时间越长。对比方案2和方案4，方案2中线性注射的入胶口位置在方舱的中心线，而方案4中线注射的注口位于方舱一边，树脂要行进的最长距离大约相当于方案2中的2倍，但是方案4的充模时间却大于方案2的充模时间的2倍。这是因为注胶口和出胶口的总压力差是一定的，通过压力分布图压力曲线的间距可以明显的看出，树脂流程长，压力梯度减小，所以方案2比方案4的树脂流动速度快，最终造成方案4的充模时间要比方案2的充模时间的2倍还要多。所以，在选择注胶口的位置时，应尽量避免选择在制品的一边，而尽量选择在制品中心位置，这样可以明显减少树脂充满整个模腔的最大流程，从而减少充模时间。对比方案1、2、3可知，方案1和方案2的充模时间均小于方案3，这说明注胶口的位置都位于制品的中心位置时，点注射充模所需时间明显要多于线注射，点注射的充模速度明显低于线注射的充模速度。这是因为注胶压力相同，线注射比点注射的注胶量大，且线注胶的注胶口距离最远端的距离要比点注射远。方案3和方案6的注胶口和出胶口恰好相反，对比两个方案的压力分布图可以看出，蓝色区域是压力差较低的区域，方案3蓝色区域明显大于方案6蓝色区域。当树脂流动到蓝色区域时，树脂前沿的压力差已经很小，这时方案6的充模过程已接近结束，而方案3还有大面积的树脂未填充区域，所以方案6的充模时间远小于方案3。但是方案1和方案5虽然注胶口与出胶口也恰好相反，但没有出现此类情况。这是由于，观察方案1充模时间的分布图左下角可以看到，当充模时间为绿色区域时，已经有树脂进入出胶口，长方形舱门的下方的压力梯度变得非常小，所以这片区域充模所需时间很长，甚至最终也无法完全充模，容易形成“干斑”缺陷。同理，方案5的出胶口为线形，出胶口两端位置的区域树脂优先充模完毕，线性出胶口两侧的区域压力梯度就变得非常小，也会出现充模时间增加，无法完全充模等问题。3.2充模方案的优化上一节讨论了6个注射方案，方案6充模时间最短且未发现明显缺陷。分析图2的压力分布图，可以看到，方案6的充模压力梯度变化均匀，充模过程更加稳定，最后成型产品的缺陷也较少。但是实际情况中线性注胶口或者出胶口为一条流道，而出胶口和入胶口只是一点。为了让模拟过程更符合实际情况，把上一节方案6定义为出胶口的单元定义成一个具有很高渗透率的流道，而把入胶口定义在四个距离中心出胶口最远的底角位置的单元。通过上一节方案1-4比较可以看出，方案1的充模时间也较短，可继续进行优化，优化的方法为：把线性出胶口变为四点出胶，分别置于三个小舱门下面的棱上，即方案1最后充模的位置。最后，在没有小舱门的方向出胶口放在底角位置，同样对长轴线性注胶口进行优化。优化方式如图4所示。(b)(a)图4 优化后的方案(a)优化后的方案1 (b)优化后的方案6Fig.4 optimized scheme(a) Optimized scheme 1 (b) Optimized scheme 6按照图4中的优化后的两种方案进行相同的模拟，其他条件保持不变。模拟树脂填充的时间云图如图5所示，充模完毕时两种优化方案的充模压力分布云图如图6所示。(b)(a) 图5 方案优化后的充模时间分布图(a)优化后的方案1 (b)优化后的方案6Fig5 Timedistribution of filling mold after optimization(a) Optimized scheme 1 (b) Optimized scheme 6表2 优化前后的充模时间对比Table 2 Time comparison of filling mold before and after optimization注射方案方案1优化后方案1方案6优化后方案6充模时间/s2364147116841419(b)(a) 图6 方案优化后的充模压力分布图(a)优化后的方案1 (b)优化后的方案6Fig6 Pressure distribution of filling mold after optimization (a) Optimized scheme 1 (b) Optimized scheme 6经过模拟后注胶口附近的注胶过程更加符合真实的注射过程。方案6的优化很少，所以，模拟的成型过程和压力分布也几乎没有差距，但最终充模时间从1684秒减少到1419秒，这是由于把注胶口设置在最远端的四个底角时，充模过程的压力分布更加均匀，因而充膜速度更快，充模时间更短。而方案1经过优化后，模拟的充模时间从2364s提高到了1471秒，有显著的提高，达到了优化的目的。4 结论(1) 通过对方舱设计6中不同的树脂灌注方案，然后用PAM-RTM软件进行模拟，通过综合分析模拟所得的充模动画、充模时间分布图及压力分布图，认为方案6即底边注胶、顶面中心出胶的充模时间较短，充模压力分布也较均匀。(2) 通过优化更加符合实际情况的注胶口、出胶口和流道，得到优化后的方案1和方案6，其充模时间大幅缩短且符合较实际的充模过程。 5 参考文献1 高彦涛, 李炜, 罗永康. VARTM 工艺中多层玻纤织物渗透规律研究与工