真空導入成型工藝的廣泛應用和其特有的成型優(yōu)勢是分不開的。與傳統(tǒng)的開模成型工藝相比，真空導入成型的優(yōu)點[21,22]體現為：
(1)機械性能高 在相同成本下，真空導入成型制件的強度、剛度或硬度較之手糊成型制件可提高1.5倍以上。
(2)重復性好 通過設置真空度，可以在一定程度上控制樹脂和纖維的比例，使成型構件具有高度一致性。
(3)成本低 樹脂浪費率低于5%，比開模工藝可節(jié)約勞動力50%以上。尤其對于大型加筋結構，材料和人工的節(jié)省相當可觀。
(4)環(huán)保 開模成型時，苯乙烯的揮發(fā)量高達35%～45%；真空導入成型中，揮發(fā)性有機物和有毒物質均被局限于真空袋中，有效的避免了對環(huán)境的污染和對人身健康的危害。
此外，與傳統(tǒng)的RTM工藝相比[23,24]，真空導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備，進一步降低了
成本，更適用于制造大型承力結構。
真空導入成型工藝為小批量、大尺寸構件以及加筋異型構件的制作提供了嶄新的思路，具有非常好的前景。國外對于真空導入成型工藝的研究已相對成熟[25-29]，國內研究由于起步較晚，理論方面相對不完善，實踐經驗不足。針對實際生產中采用試錯法進行工藝設計的窘迫局面，未來的研究方向主要集中在一下幾點：
(1)開發(fā)配套的成型設備和材料，減少對外國進口產品的依賴，真正實現獨立自主的設計開發(fā)。
(2)對樹脂在增強材料預成型體中的流動行為進行數值模擬，力求實現流動的可視化監(jiān)控，及時發(fā)現成型缺陷并進行補救，以解決真空導入成型構件厚度太大時無法進行質量檢測的痼疾。
(3)研究各種輔助介質如導流布、剝離層對樹脂流動行為的影響，以更好的進行澆注系統(tǒng)的設計。
(4)對增強材料預成型技術進行研究，分析外界條件的變化對預成型體滲透率的影響，從而更好地設計鋪層順序，避免成型缺陷的產生。
1.2.3計算機輔助工藝設計系統(tǒng)在復合材料領域的應用現狀在傳統(tǒng)的機械加工領域，計算機輔助工藝設計( CAPP)由于其有助于提高工藝設計效率、降低生產成本的特點已得到廣泛應用。在復合材料領域，復合材料成型構件正趨于多樣化，對其工藝設計要求越來越高，因此訃算機輔助工藝設計系統(tǒng)水到渠成的應用于復合材料制件的工藝設計中。國外針對復合材料計算機輔助工藝設計的研究始于上世紀90年代，國內在研究時間上相對較晚。目前國內外的復合材料CAPP系統(tǒng)主要有[30-32]
1996年，美國設計工程學院發(fā)布了旨在提高復合材料注射工藝制造效率的ACES系統(tǒng)。該系統(tǒng)成功集成了外部計算機輔助設計軟件以及數據管理分析工具等，并通過加入RTM工藝相關知識充實了其知識庫。
Dow-UT復合材料公司開發(fā)的AdvRTM系統(tǒng)是針對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兩個模型。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合，對RTM的工藝工序進行模擬，并在此基礎上進行成本的估算最終達到優(yōu)化的目的。
為了設計制作陶瓷基與金屬基復合材料多孔預成型體，Delaware大學與Lanxide公司聯合開發(fā)了DSSPreform系統(tǒng)。利用基于知識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，最后通過工藝設計子系統(tǒng)完成工藝參數設置。
California大學完成了基于注射制造系統(tǒng)的S-APD系統(tǒng)的原型系統(tǒng)，采用基于知識推理和模型推理的方法來完成復合材料生產設備的選擇、注射過程工藝參數的優(yōu)化以及制件粘接過程模型化等工作。
通過對樹脂基復合材料成型工藝知識的集成，Michigan大學開發(fā)的Socharis系統(tǒng)對手糊成型工藝等復合材料制件成型工藝進行比較選擇以及參數設計。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步驟、確定工藝參數等功能，主要解決成型工藝的排序與選擇任務。
北京航空航天大學開發(fā)的復合材料構件計算機輔助成型工藝系統(tǒng)利用基于特征的工藝推理方法對復合材料成型進行相似檢索，解決了復合材料成型工藝參數種類多、管理困難、設計經驗無法共享等問題，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，計算機輔助工藝設計在提高復合材料成型工藝設計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，很少應用到工程實際中。隨著復合材料成型的進一步發(fā)展，相信在不遠的將來，計算機輔助工藝設計將在復合材料制件生產中發(fā)揮巨大作用。
1.3本課題主要研究內容
本課題的研究內容主要有以下幾個方面：
(1)游艇艇體真空導入成型工藝模型分析
通過對游艇艇體真空導入成型工藝過程的分析，建立艇體真空導入成型 充模過程的數學模型，并結合生產中的實踐經驗，展開系統(tǒng)的理論研究，進一步完善工藝設計的細節(jié)。分析影響艇體成型的關鍵因素及其成型缺陷，明確各個工藝參數的設置要求以及成型材料材選擇原則。
(2)面向艇體的真空導入成型工藝設計系統(tǒng)框架研究
基于對游艇艇體真空導入成型的理論研究，將CAD/CAPP/CAM/CAE技術集成，構建面向艇體的真空導入成型工藝設計系統(tǒng)的功能框架，以實現自動化工藝設計、工藝模擬及管理。
(3)艇體澆注系統(tǒng)仿真分析
分析樹脂在模腔內的流動本質，建立艇體三維模型。利用PAM-RTM對充模過程進行仿真，選擇合理的流道布置方式。在最佳流道布置基礎上，進一步對澆口位置進行仿真，以充模時間最短為目標，結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
分析常用增強材料性能，并建立艇體真空導入成型中的滲透率模！析其求解過程。利用PAM-RTM對不同鋪層方案下的艇體進行充模仿真，最終成型無缺陷為目標對其可制造性進行評價，得出合理的鋪層方案 。
(5)面向艇體的真空導入成型工藝設計系統(tǒng)開發(fā)
構建系統(tǒng)的軟件結構，在Visual C++平臺上進行原型系統(tǒng)開發(fā)。三括系統(tǒng)各文件存儲路徑的規(guī)劃、工藝參數的設計、工藝過程的數值模擬實現系 與系統(tǒng)Pro/E、HyperMesh、PAM-RTM等軟件的集成。
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