航空航天复合材料结构件树脂传递模塑成形技术PDF电子书下载

第1章　树脂传递模塑简介 1

1.1 前言 1

1.1.1 RTM技术是否是一种新工艺 2

1.1.2　应用RTM技术的原因 2

1.1.3　RTM技术的基本原理和要求 3

1.1.4　RTM技术开发工作要点 8

1.1.5　树脂传递模塑（RTM）技术与树脂膜渗透（RFI）技术的比较 8

1.2　RTM工艺和RFI工艺的发展现状和趋势 9

1.2.1　应用与研发实例 10

1.2.2　RTM复合材料在航空航天领域应用展望 13

第2章　注射设备 16

2.1 前言 16

2.2 选择时的考虑因素 16

2.2.1 制造厂商的选择 16

2.2.2 设备使用因素 17

2.3 树脂在RTM传输过程中的基本原理 18

2.3.1　基本单元 18

2.3.2 附加功能和选配 21

2.3.3 恒压和恒流 24

2.4 结论 26

第3章　材料 29

3.1　树脂 29

3.1.1　背景：热塑性和热固性材料 30

3.1.2　树脂传递模塑工艺工程：RTM反应过程中的化学和物理作用 32

3.1.3　韧性复合材料：韧性树脂及复合材料结构 35

3.1.4 环氧树脂体系 36

3.1.5　酚醛热固性材料 39

3.1.6　氰酸树脂 40

3.1.7　双马树脂 41

3.2　纤维增强体 42

3.2.1　纤维增强材料 43

3.2.2　集束纤维：束、纱线和织物 48

3.2.3　浆料、上浆剂和涂料 48

3.3　结论 48

第4章　先进增强体 55

4.1 简介 55

4.2 缝合 56

4.3 机织 60

4.4 编织 63

4.5 针织 66

4.6 非弯折织物 67

4.7 结论 69

第5章　织物铺覆模拟与预成形体设计 73

5.1 引言 73

5.2　织物变形的基本原理 74

5.2.1 变形机制 74

5.2.2　试验描述 75

5.3 动力学铺覆模型 78

5.3.1　假设 78

5.3.2　基本方程 79

5.3.3　铺覆算法 80

5.3.4　实例 81

5.4　铺覆模型验证 84

5.4.1　纤维体积分数变化 84

5.4.2　自动应变分析 84

5.5 对成形过程和性能的影响 87

5.5.1 浸渍性能 87

5.5.2　力学性能 91

5.6　讨论 92

第6章　纤维预成形技术 96

6.1 为何需要纤维预成形技术 96

6.2　使用粘接剂和定型剂进行纤维预定型 97

6.3　纤维预成形技术 98

6.3.1 同步预成形工艺 98

6.3.2 分步预成形工艺 99

6.4　定型剂法纤维织物净尺寸预成形 105

6.5　预定型模具设计 110

6.6　预定型设备设计 110

6.7　预成形体贮存 111

6.8 小结 111

第7章　预成形体的渗透率 115

7.1 前言 115

7.1.1　多孔介质流动 115

7.1.2　复合材料液体成形中渗透率的重要性 116

7.2　试验方法 117

7.2.1　单向流方法 117

7.2.2　径向流方法 127

7.3　一般三维实例 133

7.3.1　单向流数据分析 133

7.3.2　数值试验 137

7.3.3　三维流动试验 140

7.4 总结 141

第8章　流动、热传递和固化的建模与模拟 145

8.1　前言 145

8.1.1　树脂传递模塑充模过程 145

8.1.2　树脂流动模拟的必要性 146

8.1.3　微观流动和宏观流动 146

8.2　流动和预成形体结构 147

8.2.1　无规织物的流动 148

8.2.2　机织物和缝合织物中的流动 149

8.2.3　非饱和流动 150

8.2.4　多层预成形体中的横向流动 150

8.3 织物变形及其对流动的影响 151

8.3.1　面内变形 151

8.3.2　横向压实 152

8.3.3　突流 153

8.4　预成形阶段分析和数值模型 153

8.4.1　预成形体变形 154

8.4.2　渗透率 156

8.5　控制方程 159

8.5.1　等温流动建模 159

8.5.2　二维问题 159

8.5.3　应用充模因子的方程 160

8.5.4　能量方程 160

8.5.5　能量转换边界条件 161

8.5.6　固化动力学耦合 162

8.5.7　随温度变化的黏度 163

8.5.8　热扩散影响 164

8.5.9　非牛顿流体 164

8.6　数值方程和模拟 164

8.6.1　几何复杂性 165

8.6.2　二维有限元／控制体积法 165

8.6.3　热传递和固化耦合的二维模型 167

8.6.4　充模的纯理论有限元方法 168

8.6.5　其他数值方法 168

8.7　关键问题 168

8.7.1　建模的完善水平 170

8.7.2　输入 170

8.8　算例研究 172

8.8.1　渗透率模型 173

8.8.2　纤维铺覆 173

8.8.3　充模模拟 174

8.8.4　结论 177

8.9　模拟作为设计工具的应用 177

第9章　RTM模具基础 184

9.1 RTM模具简介 184

9.2　RTM模具材料及工艺 185

9.2.1　模具选材 185

9.2.2　公差对模具制造工艺选择的影响 186

9.2.3　模具赋型的方法 188

9.2.4　机加工制造模具 189

9.2.5　翻模制模 190

9.3　模具成本 196

9.3.1　生产率与产量 196

9.3.2 模具原型 196

9.3.3　刚性模具与半刚性模具 196

9.3.4　精度对模具成本的影响 196

9.3.5 模具耐久性的估算 197

9.4　RTM模具的形状设计 198

9.4.1　净尺寸模具与带余量模具 198

9.4.2　模腔间隙设计 198

9.4.3　分型线的设计 198

9.4.4　模具凸缘设计 200

9.4.5　侧向凹陷和零拔模斜度情况的处理 203

9.4.6 型芯的定位 203

9.4.7 预成形体控制及压实机构的设计 203

9.4.8　浮动型芯 205

9.4.9　零件脱模机构设计 205

9.5 RTM模具设计中的热量因素 207

9.5.1　模具加热 207

9.5.2　模具的热膨胀 208

9.6　RTM模具的物理性能要求 209

9.6.1 表面特征 209

9.6.2　模具承受的压力 211

9.6.3 选择锁模系统 212

9.7　RTM模具的工艺设计 214

9.7.1 注胶口 214

9.7.2　注胶口和出胶口定位 214

9.7.3 顺次注射的管道要求 215

9.7.4　设计树脂分配支路 216

9.7.5 排气口 216

9.7.6　设计预成形模具 217

9.8 RTM模具范例 217

9.8.1 例1 217

9.8.2　例2 218

9.8.3　例3 219

9.8.4　例4 220

第10章　RTM模具型芯 224

10.1 引言 224

10.2　泡沫型芯 225

10.2.1　泡沫材料的选择 226

10.2.2　泡沫芯材的成形方法 230

10.2.3　型芯的机加工方法 232

10.2.4　使用泡沫型芯时需要注意的工艺问题 232

10.2.5　使用泡沫型芯时获得的经验教训 233

10.3　蜂窝以及其他开孔型芯 234

10.3.1　防止树脂进入蜂窝孔的方法 234

10.3.2　RTM蜂窝的选择 236

10.3.3　需要特殊注意的问题 236

10.4　轻木芯 238

10.4.1　轻木芯的选择 238

10.4.2　成形中需要注意的问题 238

10.5　软囊 239

10.5.1　软囊的类型 239

10.5.2　使用软囊工艺时需要注意的问题 241

10.5.3　软囊材料的选择 242

10.5.4　制备内置软囊 243

10.6　相变模具型芯 244

10.6.1　可熔融和可溶解芯模材料的选择 245

10.6.2　低熔共晶盐 245

10.6.3　可熔融合金 246

10.6.4　蜡 246

10.6.5　可溶性石膏和团聚体 246

10.6.6　可破碎芯模 247

10.6.7　芯模成形 248

10.6.8　芯模表面的密封处理 249

10.6.9　使用可熔融芯模时需要注意的问题 249

10.6.10　可熔融芯模与热相关的问题 250

10.7　可抽取模具型芯 251

10.7.1　选材 251

10.7.2　设计和制造中需要注意的问题 253

第11章　制造及工装成本要素 256

11.1 前言 256

11.2　循环成本要素 257

11.2.1　生产数量因素 257

11.2.2　材料成本因素 257

11.2.3　制造成本因素 259

11.3　非循环成本因素 264

11.3.1　注射设备 264

11.3.2　热源 264

11.3.3　模具成本 264

11.3.4　认证成本因素 265

11.4　应用 265

11.5　实例研究 267

11.5.1　概念1：平板 267

11.5.2　概念2：曲面板 267

11.5.3　概念3：加筋板 269

11.5.4　概念4：襟翼 269

11.5.5　小结 269

第12章　数据采集：监测树脂流动位置、前沿反应程度及工艺性 272

12.1　概述 272

12.2　仪器与方法 273

12.3　原理 274

12.4 校正：多重温度时间阶段成形过程中的固化监测 275

12.5　监测常规RTM过程中的树脂渗透，模型的验证 278

12.6　RFI过程中流动状态的在线实时传感和监控 280

12.7　智能自动控制 282

12.8　结论 283

第13章　质量与工艺控制 288

13.1　导言 288

13.2　缺陷 289

13.2.1　空隙的特征 289

13.2.2　空隙的检测 290

13.2.3　缺陷的形成 291

13.2.4　缺陷对力学性能的影响 293

13.2.5　缺陷预防 293

13.3　工艺控制 294

13.3.1　热压罐固化工艺与RTM工艺的比较 294

13.3.2　RTM工艺控制需求 295

13.3.3　材料的影响 295

13.3.4　设备的影响 296

13.3.5　工艺参数的范围及控制 296

13.3.6　工艺控制件 298

13.4　质量控制 298

13.4.1　材料规范 298

13.4.2　制造规范 298

13.4.3　工艺质量控制 299

13.4.4　模具 299

13.4.5　无损检测 300

13.5　小结 300

第14章　航空航天领域应用RTM工艺的鉴定方法 303

14.1　前言 303

14.2　什么是鉴定 303

14.2.1　鉴定的要素 304

14.2.2　许用值 304

14.2.3　纤维体积分数 304

14.2.4　破坏性测试 306

14.2.5　纤维取向 307

14.2.6　性能转化 308

14.2.7　候选应用制件的分类 309

14.3 力学性能鉴定方法（结构测试） 310

14.3.1　等同技术 310

14.3.2　结构测试 313

14.4　概念验证件 315

14.5　规范 315

14.5.1　材料规范 316

14.5.2　工艺规范 316

14.5.3　无损检测及合格标准 317

14.6　鉴定审核 317

14.7　降低风险计划 318

14.8　首件鉴定 318

14.9　编织及三维机织结构 319

14.10　结论 319

14.11　方法1（a） 320

附件A　词汇 322