题目：先进复合材料热压流动/压缩行为数值模拟与工艺质量分析

提高质量和降低制造成本是近年来先进复合材料发展中一个十分重要的问题。由于复合材料特点所定，其制件质量和制造成本与成型方法相关。航空航天领域用先进复合材料制件的制造，大多采用热压成型，而目前热压工艺方案的制定仍然依赖于试错法和经验法，导致工艺研究费用高、研制周期长、工艺制度不通用、制造质量可控性差，因此，本文在掌握树脂基复合材料热压成型过程树脂流动、纤维层压缩等机理基础上，系统研究了热压成型过程树脂流动与纤维层压缩行为理论模型及模拟方法，实现了热压成型过程数值模拟，为复合材料质量控制、工艺参数优化、缩短研制周期提供了科学依据。 首先，基于树脂基复合材料热压成型树脂流动与纤维层压缩过程机理分析，在一维流动/密实模拟研究的基础上，根据应力平衡原理和多孔介质渗流理论，充分考虑了热压成型过程温度与压力的空间分布及其耦合作用，建立了更能反映树脂基复合材料热压成型过程树脂流动与纤维层压缩状况的二维模型，提出树脂渗流与纤维层压缩运动耦合问题的求解方法，实现了树脂基复合材料热压成型过程二维流动/压缩模拟，可以实时预报热压成型过程层板内任意位置的温度、固化度、树脂压力、纤维体积分数以及层板厚度等重要参量。 在实际应用中辅助材料是热压成型工艺的必备材料，并且会对复合材料热压成型过程产生影响，为了研究封装用辅助材料的热传导特性对树脂基复合材料热压成型过程的影响，建立了包括辅助材料热传导方程在内的树脂流动与纤维层压缩理论模型，考察了辅助材料动态热传导特性对温度传递和吸胶层对树脂流动与纤维分布的影响，并进行了实验验证。 其次，运用树脂基复合材料热压成型过程树脂流动与纤维层压缩理论模型，结合遗传算法，提出了针对层板要求和压力赋值的加压时机快速确定方法；利用该方法可以快速较准确地确定满足层板平均纤维体积分数及纤维分布均匀性要求的加压窗口，对比分析了多个材料体系的加压窗口。 复合材料L形层板是复合材料典型结构形式之一，与等厚层板相比，其热压成型过程更加复杂。为了研究L形层板成型过程机理，在二维流动与压缩模型基础上，运用坐标转换方法，解决曲面制件中材料特性各向异性且随曲面方向变化的问题，实现了L形层板热压成型过程数值模拟；与实验研究结合，揭示了铺层方式、曲率半径、平板长度、层板夹角等对L形层板成型质量的影响机制，为成型质量预测与控制奠定了科学基础。 最后，将二维流动与压缩模型用于软模成型工艺，分析了橡胶软模传压特性，建立了含软模传压的树脂流动与纤维层压缩过程数值模拟方法，设计了固体表面压力分布测试方法。同时，考察了软模、工装配合方式对复合材料L形层板厚度均匀性与拐角区纤维密实的影响，为热压工艺用橡胶软模材料的选择、设计与制备奠定了理论和实验基础。