Page 35 - 《橡塑技术与装备》2017年10期（5月塑料）

研究与开发 魏雅君 等·基于 VOF 方法的 RTM 充模非饱和流动仿真算法研究展

基于 VOF 方法的 RTM 充模非饱和流

动仿真算法研究

Study on simulation algorithm of RTM mold filling unsaturated
flow based on VOF method

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魏雅君 1,2 ，朱豪磊 ，卢洋洋 ，王林威 ，梁淯贤 1
（1. 厦门大学嘉庚学院 机电工程系，福建 漳州 363105;
2. 嘉庚学院 - 微柏工业机器人创新实验室，福建 漳州 363105）

摘要 ： 充模过程是 RTM 工艺的关键环节之一。本文针对 RTM 充模环节中非饱和流动过程的两相流仿真预测技术进行研究。
首先分析了充模过程非饱和流动的形成原因，建立起统一的双尺度多孔介质非饱和流动数学模型。然后建立了孔隙为微米级的微
观模型，采用 VOF 方法对其流动前沿进行跟踪。采用 VOF 和主从单元法相结合的方法，对孔隙为毫米级的宏观模型中树脂非饱
和流动进行数值模拟。利用 FLUENT 对法兰盘的充模过程进行数值求解，验证该仿真算法的可用性。
关键词 ： 充模仿真 ；非饱和流动 ； VOF 方法 ；双尺度模型
中图分类号 ： TQ320.661 文章编号 ： 1009-797X(2017)10-0015-05
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2017.10.004

随着复合材料在航空航天、船舶汽车等领域的应 恒的前提下，应用有限元边界法，成功仿真了充模过
用愈加广泛，在各种复合材料成型工艺中，树脂传递 程饱和流动。Kang [3] 和 Bruschke [4] 都采用有限元 / 控
模塑成型工艺（Resin Transfer Molding，简称 RTM） 制体积法对流动前沿展开研究，前者提高流动前沿跟
因其成本和易制结构复杂件等优势，也被广泛研究与 踪精度，后者讨论了剪切特性对对流动前沿的影响。
应用。RTM 的工艺流程如图 1 所示，主要包括三个重
要环节 ：填充准备、充模过程以及树脂固化环节。将
树脂完全浸润预成型体的过程称作充模过程，该过程
是本文要研究讨论的主要内容。
在进行树脂填充之前，需要做以下几个方面的准
备工作 ：预成型体铺覆、确定填充口位置及数量、确
定树脂填充压力和速度。特别是填充口的位置以及压
力、速度等关键参数的设定，对最终成品质量起到关
键作用。要确定以上这些主要参数，甚至其他的次要
参数，都可以通过充模仿真进行确定及优化。因此仿
真算法的研究，能够有效提高设计工艺的效率和质量。
整个填充环节是由两个流动过程组成的 ：饱和流动和
非饱和流动。 [1]
图 1 RTM 工艺过程示意图
国内外学者对于充模环节饱和流动过程的研
究开始较早，认为预成型体内部可忽略纤维束内部
作者简介 ：魏雅君，硕士，助教，主要从事工艺机器人结
的间隙尺寸，将整体流动看作单尺度饱和流动。B.
构研究和 CAE 仿真研究。
Markicevic 和 T. D. Papathanasiou [2] 在不考虑质量守 收稿日期 ：2017-02-13

2017 第 43 卷 ·15·
年