為更好的分析澆注系統(tǒng)對(duì)充模時(shí)間的影響，做假設(shè)如下：
(1)充模過程中，樹脂粘度不變，不發(fā)生固化反應(yīng)，真空壓力不變。
(2)對(duì)澆口位置進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，暫不考慮成型缺陷的影響。
(3)對(duì)于所有仿真模型，將抽氣管沿艇舷鋪設(shè)即將抽氣口設(shè)置在充模流動(dòng)的末端，以利于空氣的排出和纖維的充分浸潤。
3.4流道布置方式仿真分析
常用的澆注方式有三種：單向注射、中心注射以及周邊注射。此類方式對(duì)大批量、小尺寸構(gòu)件非常有效，但對(duì)于艇體這類尺寸大、形狀復(fù)雜的構(gòu)件
并不實(shí)用。通過實(shí)踐摸索，在上述基本注射方式的基礎(chǔ)上逐漸形成了幾種多流道注射方式，用以大型結(jié)構(gòu)件成型。主要有并行流道布置、魚刺型流道布
置、混合流道布置。下面結(jié)合三種流道布置形式在艇體上的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行仿真分析，其中同一流道上兩個(gè)澆注口間距設(shè)為1500mm，平行流道間距統(tǒng)一設(shè)為400mm。以下分析是在不改變x、y值的情況下，針對(duì)不同的流道布置方式對(duì)充模時(shí)間、成型質(zhì)量、制造成本的影響進(jìn)行研究。
3.4.1并行流道布置
并行流道布置是指流道平行于船體中線，沿船長方向布置，如圖3-4所示。并行流道布置可通過改變兩條平行流道間距來調(diào)節(jié)充模時(shí)間，對(duì)于形狀復(fù)雜的構(gòu)件適應(yīng)性好。
對(duì)采用并行流道布置的艇體進(jìn)行充模仿真，充模時(shí)間云圖如圖3-5所示。從仿真結(jié)果可以看出，并行流道布置時(shí)的樹脂流動(dòng)前鋒曲線比較平滑，從而降低了產(chǎn)生氣泡、干斑等缺陷的概率，最終艇體成型質(zhì)量相對(duì)較好。不足之處在于對(duì)于各個(gè)流道的開關(guān)時(shí)機(jī)控制要求較高，充模過程中必須時(shí)刻注意樹脂相對(duì)下一條流道的位置。注射太早可能導(dǎo)致兩個(gè)樹脂流動(dòng)前鋒匯聚，造成千斑、氣泡等缺陷，注射過晚，則會(huì)影響樹脂充模進(jìn)度。另外，并行流道設(shè)置耗材較多，人工成本也隨之增大。
3.4.2魚刺型流道布置
魚刺形布置，顧名思義是流道布置形狀如魚刺一般。由圖3-6可知，主流道鋪設(shè)在艇體底部龍骨處，另有若干分流道沿船寬方向布置。魚刺型布置只在龍骨主流道處設(shè)置澆注口，船寬方向的分流道只起到分流樹脂的作用，澆口開關(guān)時(shí)機(jī)容易把握。
對(duì)魚刺形流道布置進(jìn)行充模仿真，充模時(shí)間云圖如圖3-7所示。該布置方式充模時(shí)間相對(duì)較短。需要注意的是，充模時(shí)主流道上的澆口必須同時(shí)打開，以防止船寬方向的分流道中樹脂形成的流動(dòng)前鋒匯聚時(shí)形成氣泡等缺陷。另外，由于艇體力學(xué)性能的需要，底部和側(cè)面鋪層方案不同，對(duì)應(yīng)的滲透率也不相同。實(shí)際情況下，艇體側(cè)面預(yù)成型體的滲透率略高于艇體底板預(yù)成型體的滲透率，樹脂在艇體側(cè)面的流動(dòng)速度高于在艇體底板的流動(dòng)速度。當(dāng)樹脂從底部流入側(cè)面時(shí)速度加快，導(dǎo)致樹脂過早的被抽入樹脂采集器，而在艇體底部靠近側(cè)面處形成缺陷，對(duì)于艇體的力學(xué)性能是非常不利的。
3.4.3混合型流道布置
混合流道布置是以上兩種布置方式的結(jié)合?；旌狭鞯啦贾梅绞奖容^靈活，可分為艇底魚刺型布置、艇側(cè)并行布置和艇底并行布置、艇側(cè)魚刺型布置兩種，如圖3-8所示?；旌喜贾梅绞嚼^承了魚刺型流道布置充模時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)以及行流道樹脂流動(dòng)前鋒平滑的特點(diǎn)，而且耗材適量，成本相對(duì)較低。
對(duì)混合布置的兩種方式進(jìn)行充模仿真，如圖3-9所示。對(duì)于艇底魚刺、艇側(cè)并行的布置方式，當(dāng)樹脂流動(dòng)前鋒到達(dá)艇底與艇側(cè)交界處時(shí)，相鄰分流道之間有相當(dāng)區(qū)域未被浸潤。若此時(shí)打開下一流道，不同流道的樹脂流動(dòng)前鋒交匯容易形成氣泡，并且形成高壓區(qū)，阻礙樹脂流動(dòng)。若不打開流道，則魚刺型布置充模迅速的特點(diǎn)并未被充分利用。對(duì)于艇底并行、艇側(cè)魚刺的布置方式，通過艇底流道依次進(jìn)行樹脂注射，避免了樹脂快速流出造成的浸漬不完全；而艇側(cè)面的分流道則減小了重力對(duì)樹脂流動(dòng)的阻礙作用，發(fā)揮了其速度優(yōu)勢(shì)。
綜合分析三種流道布置方式在艇體成型中的應(yīng)用，本文選取混合布置方式進(jìn)行流道鋪設(shè)。其中艇體底層鋪設(shè)并行流道，同時(shí)以舷側(cè)與艇底結(jié)合處為主流道向艇體側(cè)面鋪設(shè)魚刺型流道。3.5澆口位置仿真與優(yōu)化
在艇體真空導(dǎo)入成型充模過程中，澆口位置處壓力為一個(gè)大氣壓，隨著樹脂流動(dòng)前鋒的向前推移，壓力差逐漸變小，樹脂充模時(shí)間迅速增加。為了防止樹脂固化導(dǎo)致的填充不完全，應(yīng)盡量縮短充模時(shí)間。顯而易見的是流道越多、澆口越密集，充模時(shí)間相對(duì)越短，越有利于樹脂的流動(dòng)以及纖維的浸潤。但是隨著流道和澆口的增多，所需原材料和人工成本都會(huì)增加。特別是在真空導(dǎo)入成型的很多材料都需要從國外進(jìn)口的情況下，流道和澆口數(shù)量的增多對(duì)整體經(jīng)濟(jì)效益的限制更加明顯。因此，在保證樹脂流動(dòng)均勻，并完全浸潤預(yù)成型體的情況下，應(yīng)使每個(gè)澆口效益最大化，即使用最少的澆口，在合理的時(shí)間段內(nèi)完成樹脂對(duì)模腔的填充。
3.5.1澆口位置優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
為了便于優(yōu)化，必須首先定義目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)應(yīng)能體現(xiàn)優(yōu)化參數(shù)對(duì)優(yōu)化目標(biāo)的影響，但這是很難量化的，通常需要通過經(jīng)驗(yàn)來確定。本文以充模時(shí)間和成本為目標(biāo)，對(duì)澆口間距進(jìn)行優(yōu)化，可以得到以下函數(shù)關(guān)系式：
T=f1 (X，Y)
c=f2 (X，Y)
其中T--充模時(shí)間；
C--成本。
值得注意的是，這里的成本不僅僅是單純的經(jīng)濟(jì)成本，如材料和人工成本，還包括著操作復(fù)雜度比如管路鋪覆復(fù)雜度和澆口控制復(fù)雜度等，所以成本在本文中是一個(gè)資金成本和復(fù)雜度的綜合值。在澆口位置優(yōu)化中，充模時(shí)間和工藝成本所占的權(quán)重不同，因此，最終的優(yōu)化目標(biāo)O如下式所示：
通過以上分析，式(3-4)、(3-5)、(3—6)一起組成了澆口位置優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。
3.5.2澆口位置仿真
本節(jié)在采用艇底并行布置、艇側(cè)魚刺型布置的基礎(chǔ)上，以最短充模時(shí)間和最小成本為目標(biāo)，對(duì)不同的澆口間距進(jìn)行仿真優(yōu)化，得出最優(yōu)澆口位置。澆口間距X，Y如圖3-10所示，黑色邊線表示艇體俯視框架，黃色線代表鋪設(shè)的流道，紅色三角形代表澆注口。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)值，取離散的X、Y為別為：X=1500，2000，2500，3000; Y=400，500，600，800，單位為毫米?？傻脻部陂g距X、Y的組合共計(jì)1 6組。
[ 復(fù)材學(xué)院搜索 ]
[ 加入收藏 ]
[ 告訴好友 ]
[ 打印本文 ]
[ 違規(guī)舉報(bào) ]
[ 關(guān)閉窗口 ]
利用PAM-RTM對(duì)不同的澆口間距進(jìn)行設(shè)置，現(xiàn)列出四組不同間距下的澆口布置示意圖，如圖3 -11所示；其中綠色區(qū)域表示導(dǎo)流布，藍(lán)色狹窄區(qū)域表示用樹脂管鋪設(shè)的流道，圓點(diǎn)表示澆口。
對(duì)于同一艇體模型，在不同澆口間距下，其澆口總個(gè)數(shù)如表3-2所示。
充模時(shí)，首先打開艇體龍骨處流道上的澆口控制開關(guān)開始注膠，當(dāng)樹脂流動(dòng)前鋒接近下一流道時(shí)觸發(fā)傳感器，此時(shí)關(guān)閉上一流道上的澆口，開啟下一流道上的澆口。通過傳感器自動(dòng)控制不同流道上澆口的開關(guān)時(shí)機(jī)，逐步完成充模。由于篇幅有限，僅列出部分模型充模時(shí)間云圖，如圖3-12所示?？梢钥闯霾煌瑵部陂g距情況下，樹脂流動(dòng)前鋒差別不大，但是充模時(shí)間有較大差別，說明澆口間距對(duì)充模時(shí)間的影響遠(yuǎn)大于流動(dòng)前鋒。
本次仿真所用樹脂粘度為200cps，其凝膠時(shí)間為1800秒。根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)不同澆口間距下的充模時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3-3所示。由表可知X=3000，Y=600; X=2500，Y=800; X=3000，Y=800三種情況下，充模時(shí)間超出樹脂凝膠時(shí)間，在實(shí)際生產(chǎn)中將會(huì)造成樹脂無法完全填充模腔，導(dǎo)致艇體報(bào)廢。分析其他澆口間距下的充模時(shí)間不難發(fā)現(xiàn)其時(shí)間差在宏觀上并不大，但由于樹脂凝膠時(shí)間的限制，對(duì)于艇體充模過程來說，必須分秒必爭。越是盡快完成充模，越能降低浸漬不完全的風(fēng)險(xiǎn)。
?
推薦圖文
推薦復(fù)材學(xué)院
- 汽車內(nèi)外飾用聚丙烯復(fù)合材料的輕量化研究進(jìn)展
- 有限元分析方法在無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
- 樹脂基復(fù)合材料在航空航天的應(yīng)用
- 力聯(lián)思在材料輕量化過程中的方案和VOC排放控制
- 面向工程FRP有限元設(shè)計(jì)及其應(yīng)用案例
- 聚氨酯復(fù)合材料現(xiàn)狀及未來
- 碳纖維增強(qiáng)雙酚A型環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的研究
- 模壓成型環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的制備及性能研究
- 汽車用碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和對(duì)策
- 碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀
點(diǎn)擊排行
魯ICP備2021047099號(hào)