基于随机算法的纤维微观结构渗透率预报及树脂流动数值模拟研究

李晨^1,2，黄甲³，陈程^1,2，高丽敏^1,2

1. 中国商飞北京民用飞机技术研究中心民用飞机结构与复合材料北京市重点实验室2. 中国商飞北京民用飞机技术研究中心结构完整性研究部3. 上海理工大学机械工程学院

摘 要：树脂基纤维增强复合材料的液体成型工艺制件的质量与制备过程中树脂流动浸渍情况紧密相关,微观尺度纤维结构和微观渗透率作为介观尺度和宏观尺度的基石,对树脂的流动浸渍具有直接影响,然而微观尺度难以有效开展试验,数值模拟成为更有效的研究手段。本文采用Monte Carlo随机算法建立了微观尺度纤维束内单丝随机排布结构和纤维束内、束外介观尺度结构模型;基于有限元方法对纤维束内结构进行渗透率预报,并创造性地采用Phase Field相场方法考虑表面张力和毛细力进行树脂流动数值模拟。结果表明:本文所建立的纤维单丝随机结构渗透率预报方法较传统经验公式预报精度显著提高;本文模拟的微观纤维束内孔隙的形成过程,对从微观尺度系统阐述树脂流动浸渍过程和微观气泡的产生机理具有重要意义。

关键词：纤维微观尺度;随机算法;渗透率;树脂流动;数值模拟;复合材料;