1 引言
    在各種聚合物基復合材料的加工工藝中，復合材料樹脂傳遞模塑成型（RTM）被普遍認為是相對先進而且前景廣闊的一種復合材料液態成型技術。它是將纖維或織物預成型體置于閉合模具中，在一定的溫度和壓力下把低黏度的樹脂基體注入，然后加熱固化成型，可制造尺寸精度高、型面復雜、纖維體積分數高、力學性能好的復合材料零件^[1,2]。RTM工藝過程中，構件幾何形狀、注膠口和出膠口的形狀及位置、纖維預成型體的鋪放、模具溫度、樹脂流動速率、注射壓力、樹脂黏度、纖維預成型體的滲透率等因素都會影響終制品的質量。因此，對RTM工藝參數進行優化是一項復雜的工作。
    傳統的方法是通過實驗來確定RTM工藝參數，既耗費大量精力又使得工藝成本增加。隨著RTM工藝在航空航天、汽車工業、船舶等領域的應用不斷增加，通過計算機模擬仿真來降低RTM工藝成本越來越引起人們的重視。計算機模擬仿真結果對于合理設計模具和優化工藝參數具有很好的指導意義。
    RTM工藝模擬仿真技術近年來發展迅速，常用的有限差分法、有限元法和邊界元法都可用于RTM工藝數值模擬。文獻中采用有限元/控制體積法(FEM/CV)進行RTM工藝模擬仿真的較多^[3,4,5]?？刂企w積有限元方法克服了網格再生的困難，而且可以利用ANSYS^[6,7]、PATRAN^[8]等通用有限元程序強大的前后處理功能來對RTM過程進行仿真；此外，也出現了如RTM-WORX、PAM－RTM等專門用于RTM工藝仿真的軟件。本研究利用PATRAN軟件建立構件的有限元模型，再將有限元模型導入PAM-RTM軟件，通過計算實現樹脂流場和壓力場的顯示，來模擬RTM工藝過程中樹脂流動充模的過程。通過分析對具體的工藝參數進行優化，指導構件的生產。[-page-]
2 數學模型
    RTM充模過程中，假設預先放置在模具中的織物增強體在充模過程中是固定不動的，樹脂在流動過程中不可壓縮，并且模具的型腔比織物增強體的空隙大得多，因此可以用描述牛頓流體流過多孔介質的Darcy定律來代替動量方程描述樹脂流動行為。在Cartesian坐標系下的三維流動體系中，速度矢量是由對應著的x,y和z三個方向上的Vx,Vy和Vz組成的。于是Darcy定律可以表示為：

             
式中：υ_i(i＝x,y或z)為體積平均的Darcy速度；S_ij(i,j＝x,y或z)為滲透率張量；μ為樹脂黏度；（i＝x,y或z）為壓力梯度。
    對不可壓縮性流體，其連續性方程可簡化為：

     
    RTM工藝生產的制品通常是類似于殼體的薄壁構件，忽略厚度方向樹脂的流動，式(1)簡化為二維Darcy定律的矩陣形式^[9]：

     
3 構件的幾何建模及有限元劃分
    本工作在PATRAN中對正弦波形梁構件進行建模和有限元劃分。正弦波形梁構件尺寸為100mm×240mm×100mm，有限元模型如圖1所示。構件的有限元模型包含10190個三角形單元，節點數為5106個。

                 
4 正弦波形梁構件的RTM工藝模擬
4.1 注射方式的確定
    根據正弦波形梁構件的結構特點，選擇6種注射方式（如圖2所示），固定其他工藝條件為：樹脂黏度η＝0.1 Pa?s，注射壓力P＝0.1MPa，纖維體積含量V_f ＝60％，預成型體滲透率K＝1.0×10^-10