真空導(dǎo)入成型工藝的廣泛應(yīng)用和其特有的成型優(yōu)勢(shì)是分不開的。與傳統(tǒng)的開模成型工藝相比，真空導(dǎo)入成型的優(yōu)點(diǎn)[21,22]體現(xiàn)為：
(1)機(jī)械性能高 在相同成本下，真空導(dǎo)入成型制件的強(qiáng)度、剛度或硬度較之手糊成型制件可提高1.5倍以上。
(2)重復(fù)性好 通過設(shè)置真空度，可以在一定程度上控制樹脂和纖維的比例，使成型構(gòu)件具有高度一致性。
(3)成本低 樹脂浪費(fèi)率低于5%，比開模工藝可節(jié)約勞動(dòng)力50%以上。尤其對(duì)于大型加筋結(jié)構(gòu)，材料和人工的節(jié)省相當(dāng)可觀。
(4)環(huán)保 開模成型時(shí)，苯乙烯的揮發(fā)量高達(dá)35%～45%；真空導(dǎo)入成型中，揮發(fā)性有機(jī)物和有毒物質(zhì)均被局限于真空袋中，有效的避免了對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人身健康的危害。
此外，與傳統(tǒng)的RTM工藝相比[23,24]，真空導(dǎo)入成型只需要單面剛性模具，制品尺寸和形狀受限更少，并且不需要繁雜的注射設(shè)備，進(jìn)一步降低了
成本，更適用于制造大型承力結(jié)構(gòu)。
真空導(dǎo)入成型工藝為小批量、大尺寸構(gòu)件以及加筋異型構(gòu)件的制作提供了嶄新的思路，具有非常好的前景。國(guó)外對(duì)于真空導(dǎo)入成型工藝的研究已相對(duì)成熟[25-29]，國(guó)內(nèi)研究由于起步較晚，理論方面相對(duì)不完善，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足。針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中采用試錯(cuò)法進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的窘迫局面，未來的研究方向主要集中在一下幾點(diǎn)：
(1)開發(fā)配套的成型設(shè)備和材料，減少對(duì)外國(guó)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，真正實(shí)現(xiàn)獨(dú)立自主的設(shè)計(jì)開發(fā)。
(2)對(duì)樹脂在增強(qiáng)材料預(yù)成型體中的流動(dòng)行為進(jìn)行數(shù)值模擬，力求實(shí)現(xiàn)流動(dòng)的可視化監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)成型缺陷并進(jìn)行補(bǔ)救，以解決真空導(dǎo)入成型構(gòu)件厚度太大時(shí)無法進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)的痼疾。
(3)研究各種輔助介質(zhì)如導(dǎo)流布、剝離層對(duì)樹脂流動(dòng)行為的影響，以更好的進(jìn)行澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
(4)對(duì)增強(qiáng)材料預(yù)成型技術(shù)進(jìn)行研究，分析外界條件的變化對(duì)預(yù)成型體滲透率的影響，從而更好地設(shè)計(jì)鋪層順序，避免成型缺陷的產(chǎn)生。
1.2.3計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀在傳統(tǒng)的機(jī)械加工領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)( CAPP)由于其有助于提高工藝設(shè)計(jì)效率、降低生產(chǎn)成本的特點(diǎn)已得到廣泛應(yīng)用。在復(fù)合材料領(lǐng)域，復(fù)合材料成型構(gòu)件正趨于多樣化，對(duì)其工藝設(shè)計(jì)要求越來越高，因此訃算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)水到渠成的應(yīng)用于復(fù)合材料制件的工藝設(shè)計(jì)中。國(guó)外針對(duì)復(fù)合材料計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的研究始于上世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)在研究時(shí)間上相對(duì)較晚。目前國(guó)內(nèi)外的復(fù)合材料CAPP系統(tǒng)主要有[30-32]
1996年，美國(guó)設(shè)計(jì)工程學(xué)院發(fā)布了旨在提高復(fù)合材料注射工藝制造效率的ACES系統(tǒng)。該系統(tǒng)成功集成了外部計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件以及數(shù)據(jù)管理分析工具等，并通過加入RTM工藝相關(guān)知識(shí)充實(shí)了其知識(shí)庫。
Dow-UT復(fù)合材料公司開發(fā)的AdvRTM系統(tǒng)是針對(duì)RTM工藝的CAPP系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括工藝工序排序和成本估算量?jī)蓚€(gè)模型。通過將基于規(guī)則的推理與基于模型的推理兩種方法相結(jié)合，對(duì)RTM的工藝工序進(jìn)行模擬，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行成本的估算最終達(dá)到優(yōu)化的目的。
為了設(shè)計(jì)制作陶瓷基與金屬基復(fù)合材料多孔預(yù)成型體，Delaware大學(xué)與Lanxide公司聯(lián)合開發(fā)了DSSPreform系統(tǒng)。利用基于知識(shí)推理與基于模型推理方法,DSSPreform系統(tǒng)通過材料子系統(tǒng)確定成型材料，通過工藝選擇子系統(tǒng)選擇成型工藝，最后通過工藝設(shè)計(jì)子系統(tǒng)完成工藝參數(shù)設(shè)置。
California大學(xué)完成了基于注射制造系統(tǒng)的S-APD系統(tǒng)的原型系統(tǒng)，采用基于知識(shí)推理和模型推理的方法來完成復(fù)合材料生產(chǎn)設(shè)備的選擇、注射過程工藝參數(shù)的優(yōu)化以及制件粘接過程模型化等工作。
通過對(duì)樹脂基復(fù)合材料成型工藝知識(shí)的集成，Michigan大學(xué)開發(fā)的Socharis系統(tǒng)對(duì)手糊成型工藝等復(fù)合材料制件成型工藝進(jìn)行比較選擇以及參數(shù)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用遺傳算法完成模型的推理過程，具有描述工藝的詳細(xì)步驟、確定工藝參數(shù)等功能，主要解決成型工藝的排序與選擇任務(wù)。
北京航空航天大學(xué)開發(fā)的復(fù)合材料構(gòu)件計(jì)算機(jī)輔助成型工藝系統(tǒng)利用基于特征的工藝推理方法對(duì)復(fù)合材料成型進(jìn)行相似檢索，解決了復(fù)合材料成型工藝參數(shù)種類多、管理困難、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)無法共享等問題，建立了材料庫、模具庫、事例庫等系統(tǒng)支撐環(huán)境庫。
綜上所述，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)在提高復(fù)合材料成型工藝設(shè)計(jì)效率方面具有非常重要的作用。從世界范圍來看，目前的研究正處于理論階段，很少應(yīng)用到工程實(shí)際中。隨著復(fù)合材料成型的進(jìn)一步發(fā)展，相信在不遠(yuǎn)的將來，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)將在復(fù)合材料制件生產(chǎn)中發(fā)揮巨大作用。
1.3本課題主要研究?jī)?nèi)容
本課題的研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：
(1)游艇艇體真空導(dǎo)入成型工藝模型分析
通過對(duì)游艇艇體真空導(dǎo)入成型工藝過程的分析，建立艇體真空導(dǎo)入成型 充模過程的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合生產(chǎn)中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，展開系統(tǒng)的理論研究，進(jìn)一步完善工藝設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。分析影響艇體成型的關(guān)鍵因素及其成型缺陷，明確各個(gè)工藝參數(shù)的設(shè)置要求以及成型材料材選擇原則。
(2)面向艇體的真空導(dǎo)入成型工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架研究
基于對(duì)游艇艇體真空導(dǎo)入成型的理論研究，將CAD/CAPP/CAM/CAE技術(shù)集成，構(gòu)建面向艇體的真空導(dǎo)入成型工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能框架，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工藝設(shè)計(jì)、工藝模擬及管理。
(3)艇體澆注系統(tǒng)仿真分析
分析樹脂在模腔內(nèi)的流動(dòng)本質(zhì)，建立艇體三維模型。利用PAM-RTM對(duì)充模過程進(jìn)行仿真，選擇合理的流道布置方式。在最佳流道布置基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)澆口位置進(jìn)行仿真，以充模時(shí)間最短為目標(biāo)，結(jié)合成本最小化這一原則，利用插值擬合方法得出最佳澆口位置。
(4)艇體鋪層方案可制造性分析
分析常用增強(qiáng)材料性能，并建立艇體真空導(dǎo)入成型中的滲透率模！析其求解過程。利用PAM-RTM對(duì)不同鋪層方案下的艇體進(jìn)行充模仿真，最終成型無缺陷為目標(biāo)對(duì)其可制造性進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出合理的鋪層方案 。
(5)面向艇體的真空導(dǎo)入成型工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)
構(gòu)建系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，在Visual C++平臺(tái)上進(jìn)行原型系統(tǒng)開發(fā)。三括系統(tǒng)各文件存儲(chǔ)路徑的規(guī)劃、工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)、工藝過程的數(shù)值模擬實(shí)現(xiàn)系 與系統(tǒng)Pro/E、HyperMesh、PAM-RTM等軟件的集成。
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