基于嵌套效应的复合材料RTM工艺充模过程数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种树脂传递模塑工艺充模过程的数值模拟方法，包括：基于VBA语言将试验测量的多个渗透率按照小组编号组成离散随机分布的渗透率数组合集，将所述渗透率数组合集中的渗透率随机分布到复合材料构件的各个单元特征区域中；设置成型工艺参数和材料参数，利用达西定律计算树脂填充时间及压力分布。该方法将充模过程中因嵌套效应引起的渗透率变异性考虑在内，使得充模过程仿真模拟得到的充模时间和产品内部压力分布更为准确。模时间和产品内部压力分布更为准确。模时间和产品内部压力分布更为准确。

【技术实现步骤摘要】
基于嵌套效应的复合材料RTM工艺充模过程数值模拟方法


[0001]本专利技术属于复合材料液体成型模拟预测
，具体涉及一种基于嵌套效应的复合材料RTM工艺充模过程数值模拟方法。

技术介绍

[0002]树脂传递模塑工艺做为复合材料先进制备技术之一，因其整体化、智能化、低成本、高质量的制造优势而收到人们越来越多的重视。为解决设定模具和工艺参数设计需要进行大量试验而带来的高成本、低效率问题，以及产品可能存在的干斑、富树脂等缺陷的问题，借助模拟仿真技术对树脂在模具型腔内的状态及变化规律进行模拟仿真，可以降低产品研制成本和提高产品质量。
[0003]在模具闭合和填充过程中由于厚度方向压缩，纤维预成型体内部结构发生变化从而引起嵌套效应使其渗透能力发生变化。然而嵌套效应具有一定的空间分散性，使得预成型体渗透率具有变异性。现有的树脂充模过程仿真一般基于均匀介质恒渗透率假设，具有一个恒定的渗透率值，影响模型准确度。文献“Djebara Y,Imad A,Saouab A,Kanit T.A numerical modelling for resin transfer molding(RTM)process and effective thermal conductivity prediction of a particle
–
filled composite carbon
–
epoxy.Journal of Composite Materials,2020,55(1):3
‑r/>15.”公开了基于斯托克斯
‑
达西耦合方程模拟颗粒增强碳纤维环氧树脂复合材料的在RTM过程中的流动，该模型假设渗透率为常数。文献“Ding Y,Jia Y,Dong S,Xu Y.Non
‑
isothermal simulation of resin transfer molding process with edge effect.Polymers and Polymer Composites,2014；22(3):355
‑
360.”和“Yang W,Lu S,Xiang L,Liu W.Simulation of non
‑
isothermal resin transfer molding process cycle and optimization of temperature system.Journal of Reinforced Plastics and Composites,2019；38(1):3
‑
14.”公开了建立的考虑边缘效应及工艺温度的非等温树脂填充过程的仿真模型中使用的渗透率仍为常数。文献“Okabe T,Oya,Y,Yamamoto G,Sato J,Matsumiya T,Matsuzaki R,Obayashi S.Multi
‑
objective optimization for resin transfer molding process.Composites Part A:Applied Science and Manufacturing,2017；92:1
–
9.”公开了评估最优注射口位置中使用的RTM多点注射多目标优化方法中所涉及的渗透率为常数。
[0004]复合材料液体成型过程中相邻织物预成型体相互作用使得其局部结构发生改变从而引起嵌套效应。嵌套效应具有一定的空间分散性，因此预成型体的渗透率具有变异性，单一渗透率固定值不能准确反应和预测纤维预成型体充模过程中渗透能力的变化。因此，在预成型体树脂填充过程的仿真模拟中，亟需设计一种考虑预成型体局部结构变化影响的渗透率随机离散分布方法，避免对充模时间和压力分布预测不准确。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种树脂传递模塑工艺中树脂充模过程的数值模拟方法，该方法将
充模过程中因嵌套效应引起的渗透率变异性考虑在内，使得充模过程仿真模拟得到的充模时间和产品内部压力分布更为准确。
[0006]一种基于嵌套效应的复合材料RTM工艺充模过程的数值模拟方法，包括：
[0007]步骤1：基于VBA语言将实验测量得到的多个渗透率按照小组编号组成离散随机分布的渗透率数组合集，将所述渗透率数组合集中的渗透率随机分布到复合材料构件的各个单元特征区域中；
[0008]步骤2：设置成型工艺参数和材料参数，利用达西定律计算树脂填充时间，以及压力分布。
[0009]本专利技术基于试验测得的多个渗透率值构建离散随机分布的数组合集，并基于渗透率值出现频次的分布情况将渗透率值随机分布到复合材料构件的多个单元特征区域，从而在模拟过程中考虑到充模过程中因嵌套效应引起的渗透率变异性，使得充模过程的仿真模拟得到的充模时间和产品内部压力分布更为准确。
[0010]所述的基于VBA语言将实验测量得到的多个渗透率按照小组编号组成离散随机分布的数组合集，包括：
[0011]S1:所述多个渗透率值以渗透率数组形式{K}({K1,K2……
K
n
})表示，其中n为小组编号总数，渗透率值出现频次以第一频次数组次以第一频次数组表示，总的测量次数N由公式(1)得到：
[0012][0013]其中，i为小组编号的索引；
[0014]S2：生成N个[0，1]随机数，所述随机数以随机数组{r}({r1,r2……
r
N
})的形式表示，将随机数在随机数组的排名以随机数排名数组{R}({R1,R2……
R
N
})的形式表示，将N个随机数分成n个小组，并将所述小组的编号组成随机小组编号数组{G}({G1,G2……
G
N
})；
[0015]S3：使用VBA语言“Application.WorksheetFunction.CountIf(GN
initial n,{G})”计算数组{G}中每个渗透率小组编号出现的次数得到第二频次数组计算第一频次数组与第二频次数组的差值GN
diff
，将差值为“0”的频次存入真实频次数组{GN
True
}，将差值大于“0”的频次作为第一伪频次存入第一伪频次数组，并将所述第一伪频次对应的多个小组编号存入第一伪批次数组得到第一伪标签数组{GN
sum_diff_pos
}，将差值小于“0”的频次作为第二伪频次存入第二伪频次数组，并将所述第二伪频次对应的多个小组编号存入第二伪批次数组得到第二伪标签数组{GN
sum_diff_neg
}；
[0016]得到第一伪频次数总的测量次数N
diff_pos
，第二伪频次数总的测量次数N
diff_neg
为：
[0017][0018]其中，i为频次数的索引；
[0019]S4：生成N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于嵌套效应的复合材料RTM工艺充模过程数值模拟方法，其特征在于，包括：步骤1：基于VBA语言将实验测量得到的多个渗透率按照小组编号组成离散随机分布的渗透率数组合集，将所述渗透率数组合集中的渗透率随机分布到复合材料构件的各个单元特征区域；步骤2：设置成型工艺参数和材料参数，利用达西定律计算树脂填充时间，以及压力分布。2.根据权利要求1所述的基于嵌套效应的复合材料RTM工艺充模过程数值模拟方法，其特征在于，所述的基于VBA语言将实验测量得到的多个渗透率按照小组编号组成离散随机分布的数组合集，包括：S1:多个渗透率值以渗透率数组形式{K}({K1,K2……
K
n
})表示，其中n为小组编号总数，渗透率值出现频次以第一频次数组渗透率值出现频次以第一频次数组表示，总的测量次数N由公式(1)得到：其中，i为小组编号的索引；S2：生成N个[0，1]随机数，所述随机数以随机数组{r}({r1,r2……
r
N
})的形式表示，将随机数在随机数组的排名以随机数排名数组{R}({R1,R2……
R
N
})的形式表示，将N个随机数分成n个小组，并将所述小组的编号组成随机小组编号数组{G}({G1,G2……
G
N
})；S3：使用VBA语言“Application.WorksheetFunction.CountIf(GN
initial
n,{G})”计算数组{G}中每个渗透率小组编号出现的次数得到第二频次数组计算第一频次数组与第二频次数组的差值GN
diff
，将差值为“0”的频次存入真实频次数组{GN
True
}，将差值大于“0”的频次作为第一伪频次存入第一伪频次数组，并将所述第一伪频次对应的多个小组编号存入第一伪批次数组得到第一伪标签数组{GN
sum_diff_pos
}，将差值小于“0”的频次作为第二伪频次存入第二伪频次数组，并将所述第二伪频次对应的多个小组编号存入第二伪批次数组得到第二伪标签数组{GN
sum_diff_neg
}；第一伪频次数总的测量次数N
diff_pos
，第二伪频次数总的测量次数N
diff_neg
为：其中，i为频次数的索引；S4：生成N
diff_pos
个[0,1]随机数，写作数组个[0,1]随机数，写作数组并与{GN
sum_diff_pos
}联合组成数组{A
pos
}({{GN
sum_diff_pos
}
T
,{r
diff_pos
}
T
})；生成N
diff_neg
个[0,1]随机数，写作数组并与{GN
sum_diff_neg
}联合组成数组{A
neg
}({{GN
sum_diff_neg
}
T
,{r
diff_neg
}
T
})；
使用VBA语言ActiveWorkbook.Worksheets(Sheet).Sort选中{A
pos
}和{A
neg
}，分别以{r
diff_pos
}
T
和{r
diff_neg
}
T
为标准进行升序排列，则数组{GN
sum_diff_pos
}
T
和{GN
sum_diff_neg
}
T
中各个单元同样会重新排序，生成数组{GN
cor_sum_diff_pos
}和{GN
cor_sum_diff_neg
}；S5：...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾红丽，祝颖丹，张洪生，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：