1、本文課題來源是國家自然科學(xué)基金“樹脂膜熔滲成型及質(zhì)量控制非等溫耦合模擬理論與實(shí)驗(yàn)研究”，項(xiàng)目編號(hào)：50573060。 液態(tài)模塑成型工藝(LCM)是一種制造復(fù)雜形狀復(fù)合材料構(gòu)件的非常有效的工藝方法。LCM是閉模成型工藝，其原理是將預(yù)制成型體放入模腔內(nèi)，用液態(tài)熱固性樹脂浸漬，樹脂固化后脫模，然后進(jìn)行修整得到產(chǎn)品。精確描述樹脂在增強(qiáng)材料中的滲透特性，對(duì)優(yōu)化模具設(shè)計(jì)、充模過程數(shù)值模擬、縮短制造周期、保證產(chǎn)品質(zhì)量等至關(guān)重要。預(yù)成型體滲透率

2、是LCM工藝的重要工藝參數(shù)，直接影響纖維樹脂的流動(dòng)浸潤過程和效果。若樹脂在預(yù)制件內(nèi)浸漬不良，很容易導(dǎo)致氣泡等產(chǎn)品缺陷。因此預(yù)制體的滲透率性能研究對(duì)解決LCM工藝中因浸潤不良而產(chǎn)生的產(chǎn)品缺陷有指導(dǎo)意義，同時(shí)對(duì)復(fù)合材料制備技術(shù)的發(fā)展有積極的促進(jìn)作用。在LCM工藝中，樹脂在預(yù)制體內(nèi)的流動(dòng)通常被看作多孔介質(zhì)的滲流運(yùn)動(dòng)。滲透率是預(yù)制體本身所固有的屬性。而多孔材料看作一種結(jié)構(gòu)，具有可設(shè)計(jì)性。 本文首先介紹了Stokes流體均勻化理論。以連續(xù)

3、介質(zhì)理論為基礎(chǔ)，假設(shè)宏觀結(jié)構(gòu)由周期性微結(jié)構(gòu)在空間重復(fù)堆積而成，那么宏觀結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)是微結(jié)構(gòu)性能的平均值。宏觀多孔材料中的流體流動(dòng)服從Darcy定律，微觀單胞內(nèi)的流體流動(dòng)服從Stokes方程。Darcy定律中的滲透系數(shù)將宏觀流動(dòng)和單胞的微觀流動(dòng)聯(lián)系起來。采用均勻化方法對(duì)單胞進(jìn)行分析得到等效滲透系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式。 本文的重點(diǎn)是針對(duì)預(yù)制件周期性微結(jié)構(gòu)滲透性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立一種最優(yōu)各向同性滲透性能的優(yōu)化模型。由于微結(jié)構(gòu)材料對(duì)稱分布

4、，交叉項(xiàng)等效滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于主方向滲透系數(shù)，可以近似為零，所以選擇主方向滲透系數(shù)求和取平均值。采用移動(dòng)近似法(MMA法)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。松弛設(shè)計(jì)變量以及使用Darcy流正則化方法將離散型優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為連續(xù)型優(yōu)化問題。采用逆均勻化理論來設(shè)計(jì)固體材料在單胞中的分布使得由單胞組成的周期性材料具有最大各向同性等效滲透性能。 本文以二維單胞為算例，分別計(jì)算了不同的初始分布、網(wǎng)格劃分以及固體材料體積比得到的相對(duì)應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 經(jīng)過算例比