外文翻译（中文）增强树脂传递成型过程的充模流动建模与仿真.doc

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1、英文文献译文：增强树脂传递成型过程的充模流动建模与仿真C. J. Mosella J. P. Montecinos J. A. Ramos-GrezDepartamento de Ingeniera Mecnica.y Metalrgica,，Pontificia Universidad Catlica de Chile,VicunaMackenna4860,，Santiago6904411,Chile在树脂传递模塑成型（RTM）的多阶段过程中，流通和树脂填充是最复杂和最关键的阶段。后者，气泡必须避免结块和塑料必须完熔化，以确保在尽可能最低的时间造出最高的质量。介于这些生产问题的数学模型和数值

2、决定给出预测控制整个塑料流入模腔的压力。采用该方法通过达西定律和质量守恒定律解决的多孔介质流动问题的常规有限元技术。同时，它是一个先进的数值计划，因为已知的间断移动方法的实施，以确定位置和推进流量双曲线方程统治运输战线的形状。这两个计划实施工作的两个维域，处理多个浇口注射和通风几何形状多样。如填充时间和推进流通方面的关键工艺参数，结果显示与特定案件从经验数据和分析解决方案的结果一致。当几个模拟结果考虑到在RTM成型腔，整个过程设计中可以得到加强。关键词：树脂传递模塑成型（RTM），模具填充，移动接口，间断移动方法，有限元法1引言 树脂传递模塑成型（RTM）工艺经历了最近几年的发展，有了先进的增

3、强聚合物制造，可提供如重量轻，强度高，设计灵活，成本低，性能好和大规模生产的能力。在汽车行业已经显示在RTM工艺特别感兴趣，主要是因为其成本低。此外，工业在其中扮演部分的重量，如航空航天产业的关键作用，也得益于这一技术。 在RTM工艺中，干纤维加固或光纤预制棒，被包进一个所希望的形状的模腔里，然后模具闭合，液体塑料通过一个或多个浇口被注入到模具里保压。在液态树脂，然后穿透瓶坯，取代最初的空气填充的空腔，并插入弄湿的纤维束。充模过程完成之后，模具加热和部分调整，使液体树脂聚合集成为刚性聚合物。固化后，该部分被从模具中删除。 虽然已认识到指RTM在成本结构件的制造中的很大潜力，但仍有一些限制RTM

4、成型成功的工业应用范围。主要限制之一是产品质量，其中包括强度，耐久性，表面成品件的质量问题。这些问题密切与充模过程相关。充模过程的设计不当可导致不良影响，如因空气填充形成空洞，连接效果，形成斑点，条纹。因此这将是非常有用的一个计算工具，可以预测注射液流动，以了解设计优化工艺条件和变量，如位置，普雷斯评价函数注射及排气。在这一背景下工业的问题，这项工作提出了一个计算工具，运用有限元为基础，通过塑料的不断渗透性守恒定律等宏观模型，在注射期的所有技术。上一个问题已被Bruschket和 Advani解决，如有限元方法的数值技术，流速场/控制/考虑到整个域中/热多孔介质。然而，后者的技术本身需要对原有

5、域的第二代混合，以便为每个节点创建简历跟踪流动前沿边界。此外，有限元/简历方法可能遭受大规模养护问题，影响流动前沿正确的决心。在所有的有限元/简历数值格式，注射门就是参照单一节点，数学赋予一个奇点的定义。但是在后面一种方法中他们提出的办法避免这种情况的数学奇点，取得准确的结果时，增加网格密度的水平。最近，希马切克和阿德瓦尼提出的关于对RTM工艺艺术，在清楚的有限元/简历仍是被雇用，而且认为还有许多工作有待改进的执行和国家的详尽审查在RTM的控制程序。关于执行问题，我们亲对本文件，一个位置和流动方面形成新的捕获策略。此过程需要一个双曲型是由间断移动方法手段来解决更多的偏微分方程。增加在工程分行适

6、用范围广，危险品的方法产生像的方法扩展德由里德和希尔用于中子输运方程，后来由勒桑数学分析和拉维亚尔特。作为一般的引用，托马塞书籍和约翰逊和勒桑和拉维亚尔特原来的是好消息，开始对危险品的方法进行研究。该方法已成功地引进了由福廷和福廷粘流场，并已实施，连同一个明确的龙格库塔方法时，在科伯恩等离散。总的方法是局部流体力学，并提供断开近似，尽管它是稳定的，高层次准确，可轻易处理复杂几何形状的挂节点，不规则网格，和近似的在不同的要素综合度多项式。由于龙格库塔间断移动方法使用完全断开近似，这些产品是质量块对角矩阵，使高度并行的方法，在需要的内存空间减少。2数学模型在接下来的部分中，我们目前的三个构法数学模

7、型，按照各自的初始和边条件。2.1达西定律和马萨诸塞州保护 塑料在槽中的流动速度，如纤维增强材料和树脂分发材料，是由达西law1 6决定的在V(X,t)中，T是达西的速度，这是老年人的数量阿维速度，K是渗透张量，它刻画通过kxx和kyy代表其主要方向的纤维增强材料的流通方便，是树脂的粘度和酶，t是在树脂压力场。此外，考虑到不可压缩流体的均匀和不变形多孔介质的连续性质量守恒方程减少到在下列树脂压力场区域内的渗透方程Eq.2结果替代Eq.1：2.2输运方程。在多孔树脂槽流媒体，如纤维增强材料和树脂分发介质，是由达西law1 - 6 该Eq.4推导可以找到福廷等al.7和一些在中雷迪和Reddy16

8、和福廷等al.17文章注射方面的应用。为了延长在多孔介质交通问题Eq.4，我们必须要考虑到的流体域中的积累，将取决于纤维增强，这种情况直接影响到Eq.4长期累积孔隙度就是研究详细图。 1问题域和术语2.3边界条件 边界条件定义根据是图提出的名称。 1，填补了该领域的地区的代表一个字节，注塑门by1与流体by2t接触模具墙和流动方面by3t。的模具空地区是代表一个字节，其by2t各自的墙壁。 为Eq.3的边界条件，包括不通过模壁流动，规定在由在通风门的压力给定的流量方面的压力，在由注射属性给予进口和规定的压力，其中n 表示向外单位正常的边界对于Eq.5初始条件是完全为空模，3.数值实现系统(Eq

9、.(8)需要适当的离散方程(3)和(5)给予均衡。这个方程组是一个有3个未知变量耦合问题(P,v,S)。为了避免这些变量装配，并考虑到DG方法，得到解决方案的优势，传递方程等于在7的基础上，交错计划将用来解决这个系统。FEM用于解决拉普拉斯方程(Eq.(8)。RKDG方法将用于解决传递方程。交错计划中，压力指数的计算流体充满多孔介质域使用Eq.3平均流量速度场的计算用Eq2。但是时间是进步的，使用Eq5,新的区得到填补。这个方法是可行的低雷诺数，它发生在RTM进程因为与低注射压力有关。3.1达西定律和质量守恒离散假设，在当时函数S的是从一个迭代已知的，决定领域是可能的充满液体的，与它的分别边界

10、在2、tn和3,tn的条件。公式8a在情况上：当Pk是在元素e 上被定义的k程度多项式的空间的地方。 Fig. 2 Node definition in FE and RKDG methods Fig. 3 Sign convention and nomenclature for the RKDG3.2运输系统相等离散化3.2.1隔开离散化。DG方法是 FEM 使用不连续的解决和测试空间通常分段地适当的多项式，意谓在各元素边界间，周变数通常不是连续的.假集中功能以来精确地是一个不连续的功能，这似乎是适当选择。而且，当做能在检验员被查证。这一个方法是一高度地像情绪商数的纯粹移流问题的近似值的适当

11、的。DG 方法的力量之一当处理非常锐利的倾斜度或甚至以断绝以事实这一个方法连接元素为基础和不是节的点。当做一结果这，分别元素的节不与他们的附近元素一起分享图 2_.元素之间的连结因一个数字流出的方案而做，如果线运输系统 equation_Eq。8 b_ 即是逆风的数字流出20_,一个任意的大会建立 S 评价，对上游元素符合e ，被 S 命名.元素的速度田地广为人知的假如，流入边在 e 和流出边中出自 e ，依照下列的大会被决定图 3_.在元素内在速度之间指示点积和元素的边缘 方面的向外的单位常态。乘情绪商数。8 b藉着一个测试动作 w，在领域之上整合, 而且在每个元素之一中表演部份的一个整合在

12、流入和流出边中分开线整体而且藉着定义更换他们形成。如下情况：试中P 是在上被定义的 k 程度多项式的空间的地方。3.2.2计时离散化。S 和 w 被 k 程度、 sh 和 wh 的多名近似值代替，我们获得为每种元素由 M_es h_e K_esh_ef_e 被屈服点阵式形式的一个相等的线代数系统e，f_e 是 k_1个矢量。现在定义大约的解决相等能在平常的微分方程式中被重写ODE_ 形式当d dt_shL_sh_， sh 有为每种元素和 L_sh_ 包括自由的所有的程度的全球矢量的形式的表现相等的线系统。因此，如果 tn_n0 N 是次分割0,T_ 和tn tn+1tn 为 n 0, .。，N

13、1, 时间依下列各项游行运算法则阅读：这一个方法即是减少的完全的变化TVD_ RK 时间离散化，和它到 RKDG 的最后一个形成。 较多的数据和一个条件下的叁数ij 和 ij 能在 Cockburn 和 Shu 被发现21_ 和 Gottlieb 等人22_.时间步骤定义tn 因一种 stability_Eq 的情况而做14哪一是有效的如果 S 边界的条件在1。7在整个模拟时间期间是常数23。4分析和结果DG 方法的一个重要特征是那一个系统13_ 造成在每种元素方面的一个小线的系统，大小被被用于离散化的元素类型决定和藉着 Pk 的尺寸。这一个系统能容易地被解决在之上e，但是只有当如果 S, 被

14、计算。这暗示元素一定在一个适当的次序中被解决，从注入元素随着流程田地， v 7同时, ，注意高度地方 RKDG 展览很重要。首先，由于 DG 的结构隔开离散化和对 RK 时间离散化的明白。因此，在一种元素内更新自由的程度e，只有关于元素的资讯分享边缘与e 被用于每个内部的 RK 步骤23_.值得提到结果和模拟已经获得在下一个区段的 arepresented 使用 P1 多项式近似值，也就是， k 的多项式1 deg。4.1直线的情形。在部份的宽度关于它的长度是可以忽略的情形中，一个尺寸模型可能是非常好近似值，允许流程前面的位置的确认和全部的时间注入程序将会拿。在数字的测试和计算的模拟被进行了之

15、后，它被观察时间步骤的大小在结果之上有一种决定冲击了。为了要分析这一效果，情绪商数。已知的匀恒速度，和安定的情况公式14根据被重新定义到在图 4 被显示的结果符合在不同价值假集中功能每次用一个给定的怛速度的立即。比较对理论上的价值，这些结果确定为较小的价值, 数字的方法有在关系中的较多的准确性到精确的解决，但是自从计算的费用增加得非常，我们计画使用0.4.在图 4, 一些振动与少于10个广阔被观察，哪一个增加如果解决的斜坡更敏锐。这些 超越量 和 欠过度 不困难的流程的正确的位置和确认面对，和，如果它是必需的，他们能被减少而且控制使用在 Fortin 等人被呈现的投射方案7或者与被 Cockb

16、urn 和 Shu 发展的斜坡限制器21.在图 5 比较显示的结果起于了情绪商数的交互决议的数字计算的流程前面的位置。8 a和8 b加使用的暂时的离散化0.4, 藉由被 Gebart 等人显示的模型的分析解决24.一个 3% 的次序的错误能在两者曲线之间被观察。Fig. 6 Mesh refinement study4.2二维的情形4.2.1分析的结果。在 Gebart 等人24, 分析的解决也为光线的流程被呈现面对液体何时透过一个等方性的增强在平坦模子的中心被注射。对于不同的时间立即，一般观察为粗糙网孔的相同的密度水平，分析、数字的结果之間的错误是有不超过 2% 的次序_表 1_.在图 6,

17、 网孔精致为了填充时间学习百分比错误计算当做不同在分析、数字的 solutions 之间在 r0.5 m m 被呈现，增加每网孔的密度x axis_ 而且保存模拟的所有其余者特性常数。从被获得的结果，它能被观察充填物时间百分比错误在 0.5% 下面倾向于有限的价值。 Fig. 7 Pulley 0.24 m diameter manufactured by the RTM Fig. 8 2D pulley meshprocess4.2.2实验的结果。实验的工作在图 7 说明, 先前发展，藉由 RTM 程序的产品，使用一个多元酯树脂和纤维玻璃连续任意细丝的垫25.黏质是0.56 Pa。这一个树脂

18、在这 80 kPa 常数压力被注射，而且通风门在大气的压力被保持。这个比较后者的实验工作藉由使用注入的一个二维的模型和通风被实行的这数字达成的方式的申请把同等物转成在实际成份的产品期间被雇用的那些。图 8 表示有 650种元素和注入和对对应的元素被箭指出的通风门的领域的离散化，避免因这些门的节模拟而生产的数学的奇异。依照流程面对数字的模拟的结果在每次在注入程序期间行走，它被查证充填物阶段足够地在没有任何干的当场形成下发生。这与在被呈现的结果一起确认。被制造的没有它的结构的空气泡沫的地方，和流程前面模拟从商业的软件 POLY 获得工作？非常很好地，以在这里被呈现的结果调整。图 9 表示最后一个模

19、子充填物阶段，藉由它的分别压力 isovalues，在通风门从在注入门的 80 kPa 到 0 kPa 。 因为整个树脂注入程序关于为实际的制造被使用的表现一个6% 次序的错误。为了要减少模子充填物时间而且提高生产程序的效率，另外的一个注入浇口在右手边已经被增加。依照这，通风门已经被改变到模子的上面、比较低点，如图 10 所示。使用相同的网孔、材料和注入特性，在图 11 观察是可能的如何两边的树脂流程和，当前面遇到彼此，产生破坏注入程序的空气泡沫。这一种情形能藉由把另外两个通风门加入地点被解决泡沫哪里是最初形成。注意很重要，来自新注入港口的流程些微比较快速，因为这个新门比这大一点在另一边中。其

20、他结果被包括在内为相同的模子过去一直建立滑车，纤维增强特性已经被改变的地方，假定各向异性的浸透性 kxx0.223_10?8 m 2 和 kyy0.937_10?他们的分别主要的方向的 8 m 2。再一次，网孔用是这相同的，和注入和通风门是当做在图 8 显示.结果在无花果树说明。在不同的时间立即的 12_ a同意 y 轴的浸透性增加，发展这一个方向的较快速的树脂流程而且确定充填物程序没有任何空气泡沫形成在这情况发生。5结论 这项工作描述在RTM工艺注多么重要阶段，因为它影响了部分质量以及由充的时间特征的生产过程的效率。 所得结果在第一和第二尺寸，调整的理论价值和良好的准确性，即使粗meshes

21、650元素的实验结果：13的时间填写错误相比，实验结果，不到2的时间填写错误比较分析解决方案。灌装时间的百分比误差也减少considerably0.5，而网格的细化。根据后者的结果，发达国家温宏观模型是一种很好的替代观察内的各向同性和各向异性纤维使用一个或多个注射和通风门增援模内腔树脂的流动行为。 这种模型的帮助的宏观气泡，这验证与流动相关的速度让正确的纤维浸渍，以及部分灌装时间可以优化形成的数值模拟预测。这些都是重要的设计参数，考虑到在设计一个RTM模具。 有限元方法对这项工作的实施同时使用有限元和广大的技术相同，所以并不需要是，在其他数字还需要额外的网格在注射抑制和通风门的数学奇点。 到目前为止，这种方法似乎是适用于模式的其他移动边界流动问题。但是，重要的是要测量的准确性和探索的CPU时需要在更高的层面解决问题的要求。更高的多项式在injec中，通风门附近的任何潜在的空气泡沫的形成区附近纳入应增加在这些关键领域的区域结果的准确性。此外，通过全面推广，而不是广东的有限元方法是指对问题的解决，以便处理与邻国的大量元素渗透的差异仍然是一个挑战。 图。 12流量和压力isovalues方面，帕.在不同时间的瞬间