基于树脂流动的变截面复合材料结构固化过程热-流-固多场强耦合数值仿真

李树健¹，湛利华²，白海明²，蒲永伟³

1. 湖南科技大学机电工程学院2. 中南大学机电学院3. 中航工业沈阳飞机工业有限公司复合材料制造中心

摘 要：在考虑树脂流动对固化温度场影响的基础上,将树脂流动引入经典热-化学模型,并在考虑了固化过程材料性能时变特性条件下,建立了复合材料热-流-固多场强耦合有限元模型。通过对比文献中未考虑树脂流动对温度场的影响,本文所建模型温度场较实际结果的最大温差更低,厚度密实精度更高,模型可靠性更好。基于所建热-流-固强耦合有限元模型,对变截面复合材料结构固化过程进行数值仿真。研究发现,变截面复合材料结构较厚区域存在明显温度场、固化度场及树脂流场分布梯度,纤维体积分数分布不均性较大,这与结构不同区域的厚度、固化过程温度传递滞后及局部树脂流动受固化效应不同步产生的影响有关。变截面复合材料结构厚度由3.52mm增加至42.24mm,截面最大温差由0.3℃增加到34.3℃,纤维体积分数分布不均匀性由0.1%增加到1.3%。

关键词：复合材料结构;固化过程;树脂流动;多场强耦合;数值仿真;