[發(fā)明專利]一種纖維預(yù)制體CVI致密化過程的仿真方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011633443.6
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112784401A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱立平;吳仁民;孫珊珊;郭居上;楊成
• 申請（專利權(quán)）人: 南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院有限公司;中材科技股份有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F113/26
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種纖維預(yù)制體CVI致密化過程的仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、獲取纖維預(yù)制體參數(shù)：包括材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，材料參數(shù)包括纖維材料種類和其各項(xiàng)熱物性參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)包括纖維截面尺寸、經(jīng)緯密、編織方式和纖維束內(nèi)單絲的體積分?jǐn)?shù)；

步驟2、構(gòu)建單胞模型：根據(jù)織物周期性對稱的特性，取其最小代表性單元，構(gòu)建周期性對稱的單胞模型；

步驟3、劃分計(jì)算域網(wǎng)格：對單胞模型中的流體計(jì)算域和固體計(jì)算域進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

步驟4、有限體積法對單胞模型離散化：基于單胞模型CVI致密化過程的控制方程：質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程以及組分濃度守恒方程，通過有限體積法離散控制方程；

步驟5、加載計(jì)算平臺：在CFD求解器中加載程序單元，程序單元指定填充相在單胞模型的流體計(jì)算域和固體計(jì)算域網(wǎng)格單元中的質(zhì)量轉(zhuǎn)化和沉積方式，還原CVI過程預(yù)制體孔隙演變的過程；

步驟6、在CFD求解器中設(shè)置材料屬性、化學(xué)反應(yīng)和邊界條件：材料屬性為各項(xiàng)熱物性參數(shù)以及混合氣的組成，化學(xué)反應(yīng)為CVI過程涉及的化學(xué)反應(yīng)，包括反應(yīng)類型、方程式、指前因子、活化能和反應(yīng)速率，邊界條件包括進(jìn)口參數(shù)變量、出口參數(shù)變量、纖維壁面、單胞壁面；

步驟7、在CFD求解器中迭代求解計(jì)算：初始化單胞模型，設(shè)置時(shí)間步長，執(zhí)行程序單元，進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)迭代計(jì)算來求解離散的控制方程，監(jiān)控殘差曲線變化，計(jì)算收斂后獲得單胞填充完成所需時(shí)間；

步驟8、在CFD求解器中優(yōu)化單胞模型重復(fù)模擬預(yù)制體孔隙演變的過程，包括以下步驟：

步驟8-1：增加纖維束中纖維單絲數(shù)目，減小單絲直徑，構(gòu)建更精細(xì)化的單胞模型，同時(shí)計(jì)算單胞模型完成CVI復(fù)合過程所對應(yīng)的填充時(shí)間；

步驟8-2：再重復(fù)步驟8-1，計(jì)算該次填充完成時(shí)間與上次填充完成時(shí)間的填充完成時(shí)間差值；

步驟8-3：如果填充完成時(shí)間差值小于設(shè)定閾值，得到最優(yōu)單胞模型，執(zhí)行步驟9，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟8-1；

步驟9、在CFD求解器中獲取仿真過程：根據(jù)最優(yōu)單胞模型獲得單胞填充完成時(shí)間和填充度，并根據(jù)最優(yōu)單胞模型可視化單胞內(nèi)封閉孔的形成過程和微結(jié)構(gòu)的演變過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維預(yù)制體CVI致密化過程的仿真方法，其特征在于，所述步驟2構(gòu)建周期性對稱的單胞模型包括：構(gòu)建多根單絲組成的纖維束簡化實(shí)際織物紗束中成千上萬的纖維單絲結(jié)構(gòu)，且纖維束內(nèi)纖維單絲所占體積分?jǐn)?shù)與實(shí)際織物紗束內(nèi)纖維單絲體積分?jǐn)?shù)一致。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維預(yù)制體CVI致密化過程的仿真方法，其特征在于，所述步驟5中，所述程序單元還原CVI過程預(yù)制體孔隙演變的過程包括：

步驟5-1，首先將單胞模型內(nèi)的空隙區(qū)域指定為初始孔隙率為1、粘性阻力系數(shù)和慣性阻力系數(shù)為0的多孔介質(zhì)區(qū)域；

步驟5-2，碳質(zhì)量首先在纖維單絲外表面的第一層網(wǎng)格上固定沉積下來，隨著碳的持續(xù)流動第一層網(wǎng)格單元會被填滿，孔隙率到達(dá)0，然后從第一層網(wǎng)格單元向外搜索周圍網(wǎng)格單元；

步驟5-3，更新周圍每個網(wǎng)格單元的碳質(zhì)量、孔隙率、粘性阻力系數(shù)和慣性阻力系數(shù)，將周圍每個網(wǎng)格單元循環(huán)迭代執(zhí)行步驟5-2，直至整個區(qū)域網(wǎng)格的循環(huán)遍歷；

步驟5-4，得到碳在纖維表面沉積并向外堆積生長的孔隙演變過程。