1 引言
    在各种聚合物基复合材料的加工工艺中，复合材料树脂传递模塑成型（RTM）被普遍认为是相对先进而且前景广阔的一种复合材料液态成型技术。它是将纤维或织物预成型体置于闭合模具中，在一定的温度和压力下把低黏度的树脂基体注入，然后加热固化成型，可制造尺寸精度高、型面复杂、纤维体积分数高、力学性能好的复合材料零件^[1,2]。RTM工艺过程中，构件几何形状、注胶口和出胶口的形状及位置、纤维预成型体的铺放、模具温度、树脂流动速率、注射压力、树脂黏度、纤维预成型体的渗透率等因素都会影响终制品的质量。因此，对RTM工艺参数进行优化是一项复杂的工作。
    传统的方法是通过实验来确定RTM工艺参数，既耗费大量精力又使得工艺成本增加。随着RTM工艺在航空航天、汽车工业、船舶等领域的应用不断增加，通过计算机模拟仿真来降低RTM工艺成本越来越引起人们的重视。计算机模拟仿真结果对于合理设计模具和优化工艺参数具有很好的指导意义。
    RTM工艺模拟仿真技术近年来发展迅速，常用的有限差分法、有限元法和边界元法都可用于RTM工艺数值模拟。文献中采用有限元/控制体积法(FEM/CV)进行RTM工艺模拟仿真的较多^[3,4,5]。控制体积有限元方法克服了网格再生的困难，而且可以利用ANSYS^[6,7]、PATRAN^[8]等通用有限元程序强大的前后处理功能来对RTM过程进行仿真；此外，也出现了如RTM-WORX、PAM－RTM等专门用于RTM工艺仿真的软件。本研究利用PATRAN软件建立构件的有限元模型，再将有限元模型导入PAM-RTM软件，通过计算实现树脂流场和压力场的显示，来模拟RTM工艺过程中树脂流动充模的过程。通过分析对具体的工艺参数进行优化，指导构件的生产。[-page-]
2 数学模型
    RTM充模过程中，假设预先放置在模具中的织物增强体在充模过程中是固定不动的，树脂在流动过程中不可压缩，并且模具的型腔比织物增强体的空隙大得多，因此可以用描述牛顿流体流过多孔介质的Darcy定律来代替动量方程描述树脂流动行为。在Cartesian坐标系下的三维流动体系中，速度矢量是由对应着的x,y和z三个方向上的Vx,Vy和Vz组成的。于是Darcy定律可以表示为：

             
式中：υ_i(i＝x,y或z)为体积平均的Darcy速度；S_ij(i,j＝x,y或z)为渗透率张量；μ为树脂黏度；（i＝x,y或z）为压力梯度。
    对不可压缩性流体，其连续性方程可简化为：

     
    RTM工艺生产的制品通常是类似于壳体的薄壁构件，忽略厚度方向树脂的流动，式(1)简化为二维Darcy定律的矩阵形式^[9]：

     
3 构件的几何建模及有限元划分
    本工作在PATRAN中对正弦波形梁构件进行建模和有限元划分。正弦波形梁构件尺寸为100mm×240mm×100mm，有限元模型如图1所示。构件的有限元模型包含10190个三角形单元，节点数为5106个。

                 
4 正弦波形梁构件的RTM工艺模拟
4.1 注射方式的确定
    根据正弦波形梁构件的结构特点，选择6种注射方式（如图2所示），固定其他工艺条件为：树脂黏度η＝0.1 Pa・s，注射压力P＝0.1MPa，纤维体积含量V_f ＝60％，预成型体渗透率K＝1.0×10^-10