真空導入成型工藝成本低、無污染、適宜制造大尺寸薄殼構件的特點使其受到游艇制造業的青睞。目前國內艇體真空導入成型的工藝參數主要靠人工經驗以及試錯法進行設計和優化，導致工藝設計陷入周期長、成本高、復用性差的窘迫境地，工藝知識的傳承與共享受到限制，嚴重影響了艇體制造業的發展。本文在國內外已進行的相關研究基礎上對艇體真空導入成型中的關鍵技術進行研究，并將計算機輔助工藝設計用于艇體成型，旨在提高工藝設計自動化和智能化水平，縮短成型周期，減小制造成本，提高競爭優勢。
通過對真空導入成型工藝原理的分析，結合實際生產過程，對艇體真空導入成型過程進行深入的理論研究。對成型過程中的關鍵工藝參數進行分析，并針對常見缺陷得出成型材料的選擇原則。構建了面向艇體的真空導入成型工藝設計系統功能框架。針對艇體成型過程中存在的充模不完全問題，對艇體真空導入成型的澆注系統進行仿真分析。從充模時間、成型質量、制造成本等角度對不同流道布置方式進行分析比較，得出最佳流道布置方式。對不同澆口間距下的充模過程進行仿真，以最小充模時間和最低成本為目標，得出最優澆口位置。
艇體不同區域鋪層方案不同，導致滲透率存在變化。通過分析常用增強材料的性能，對導流布和增強材料預成型體的滲透率求解問題進行研究。針對成型過程中存在的干斑、氣泡等缺陷，對不同鋪層方案進行充模仿真，分析仿真結果得出合理鋪層方案。
在上述工藝技術研究的基礎上，構建了面向艇體的真空導入成型工藝設計系統的軟件結構，分析其接口技術以及存儲規劃。最后利用Visual C++完成了系統原型的開發，并驗證了其可行性。
第1章 緒 論
1.1課題背景及研究意義
2 1世紀是“海洋時代”，各種海洋產業開始嶄露頭腳進而闊步前進。游艇業一一“漂浮在黃金水道上的巨大商機”，作為海洋產業的重要組成部分，近年來有了長足發展。游艇作為人類生活向海洋延伸的載體，集娛樂休閑、運動觀光等功能于一體，極大的提高了人們的生活品質。隨著經濟的發展以及人們對生活品質要求的提高，國外游艇市場不斷成熟，游艇正逐步成為家庭耐用消費品之一。我國的游艇業起步于上世紀50年代，并在本世紀初走上了高速發展的快車道。在總體經濟形勢一片大好的環境下，中國游艇業及其下游產業正逐漸形成一條產業鏈，展現出巨大的發展空間。
在游艇制造業方面，我國與歐美國家存在很大差距。從世界范圍來看，隨著復合材料及其成型技術的發展，復合材料游艇主要是玻璃鋼游艇集萬千優勢于一身，占據了游艇制造產業的大半江山。國外的復合材料游艇成型技術經過相當長時間的理論研究和生產實踐已相對完善和成熟，典型的有SCRIMP工藝以及VARTM工藝。在國內，由于缺少全行業高瞻遠矚的調控和整體規劃，艇體制造目前還呈現著散兵游勇的狀態，尤其是在專業人才、原材料、成型工藝等方面存在諸多問題。傳統的手糊成型、噴肘成型仍然占據很大部分市場，但其對工人工作狀態的依賴造成的成型質量不穩定以及由于其開模成型的特點導致的對環境的污染等不足已無法滿足現代游艇業進一步發展的要求。真空導入成型作為一種閉模成型工藝，具有重復性好、環保等優勢，目前已在一部分游艇制造企業中投產。由于起步相對較晚，游艇真空導入成型在工藝設計方面還很不成熟，理論研究不完善，并未完全發揮其優勢。在實際生產中，只能憑經驗進行工藝設計，并利用試錯法對工藝參數進行優化，導致了效率低下，制造成本增加。隨著世界范圍內游艇制造業競爭的加劇，不斷完善成型工藝，降低成本、提高競爭力已經是刻不容緩。
在上述背景下，本課題以山東省中復西港船艇有限公司12m玻璃鋼游艇的生產為依托，致力于對艇體真空導入成型工藝設計及制造過程進行深刻的理論研究。針對實際生產中通過試錯法進行澆注系統設計的問題，利用數值模擬技術對澆注系統進行優化設計；對于成型過程中由于增強材料鋪層參數不合理所造成的干斑、氣泡等缺陷，通過對增強材料預成型體滲透率的研究，利用數值模擬技術對鋪層可制造性進行評價；并開發支持艇體真空導入成型工藝設計、數值模擬以及參數優化的計算機輔助工藝設計系統，旨在提高艇體真空導入成型工藝設計自動化、智能化程度，對指導實際生產具有重要意義。
1.2國內外研究現狀
1.2.1游艇業及其艇體成型技術發展現狀
從廣義上來說，外形美觀、內部裝潢考究、品質優良，集航海、運動、休閑、娛樂為一體，旨在滿足人們運動與娛樂需要的船艇即可被稱為游艇
(yacht)。游艇起源于1 7世紀中葉的英國，時任英國國王的查爾斯二世在登基時獲贈了一艘做工精細考究的皇家狩獵漁船。之后王公大臣們紛紛仿效，
把漁船改裝為豪華的娛樂用艇，這正是現代游艇的雛形。1 8世紀的歐洲，游艇成為貴族們身份和地位的象征，盛極一時。到了1 9世紀，英國制造商
首次利用蒸汽機和螺旋槳為游艇提供動力，為游艇業的騰飛插上了翅膀。現如今，游艇的裝備已全面升級，超越了豪華轎車成為僅次于私人飛機的富豪
新寵[1]。
游艇講究性能、外觀及舒適性，屬于高消費產品，具有很高的附加值。縱觀世界游艇業，北美洲和歐洲作為最大的兩個游艇市場，占據了游艇份額
的90%以上[2]。歐洲作為游艇工業的老牌國家，經過幾個世紀的傳承與發展，市場活躍、游艇俱樂部及專業碼頭繁多，已經形成了一條完善的，囊括制造、銷售、維修、服務、金融、保險等領域的游艇產業鏈。在美國，超強的經濟實力使其后來居上，超越歐洲成為游艇制造和消費的雙料冠軍。世界主要游艇消費國人均擁有游艇數量如表1—1所示。
上世紀50年代至70年代，由于經濟水平和消費條件的限制，不同于歐美國家游艇業的飛速發展，我國游艇生產主要是公用型游艇，還沒有形成私人游艇產業。公園、湖泊以及海邊的劃槳艇、機動小艇和游覽艇共同構成了處于萌芽期的中國游艇業的一個縮影。到了70年代末期，改革開放的號角喚醒了游艇業的春天。80年代初，在深圳建成了我國第一家豪華游艇生產企業一一江輝玻璃鋼船廠，中國游艇業開始揚帆起航。這個時期，中國游艇企業通過引進國外先進技術，以來料加工、貼牌生產的形式與外資企業合作，國產游艇規格型號開始多樣化。進入新世紀，隨著我國綜合國力的提高以及世界范圍內游艇市場增速的減緩，中國的游艇市場吸引了全世界游艇業的目光。大量外國游艇企業進入中國，國內有實力的企業也開始進軍游艇領域。據統計，2003年我國面向亞洲、歐洲、北美洲等共出口娛樂及運動用充氣快艇、帆船、汽艇等四大類船艇685 1 0艘，年產值達1 5億元人民幣[4]。截止到2004年，世界上項尖品牌的游艇公司如Mustang、Sunseeker、Ferretti、Regal、Nidelv等都已經相繼進軍中國游艇市場。特別是近幾年，游艇業出口額從2006年的1.8憶美元到2007年的2.2億美元再到2008年的2.6億美元，一路高歌猛進。目前我國已經有游艇制造企業200多家，年產值超過1 000萬元的有30多家，游艇生產能力已躋身全球十強，超級游艇的制造能力更是躍居全球第六。
我國擁有遼闊的海岸線以及諸多內陸水系，良好的自然資源為游艇業的發展提供了得天獨厚的條件。2009年1月1日起，我國頒布的《游艇安全管理規定》正式施行，使游艇跨海區巡游成為可能，這是我國游艇發展道路上的又一重大突破。據專業預測，到20 1 5年中國游艇帆船市場消費規模將達到2000億元到3000億元。隨著游艇設計的不斷創新、工藝的不斷完善、配套產業的不斷成熟以及游艇檢測的標準化、銷售渠道的國際化，中國游艇業必將揚帆遠航、走向世界。
游艇制造工藝隨著材料成型工藝的發展經歷了漫長的演化歷程。從50年代初期的傳統木制膠合結構到60年代初鋁合金結構的應用，再到60年代中期FRP結構的異軍突起，各類材料成型技術的發展時刻影響著游艇制造業的走向。時至今日，復合材料游艇主要是玻璃鋼游艇占據了游艇業的主流市場，其中長度在6—20m范圍內的游艇中，玻璃鋼游艇占90%以上[6]。由于玻璃鋼游艇質量檢測技術的限制，在長度超過35米的游艇中，主要還是采用鋼制材料。
我國的玻璃鋼游艇制造始于上世紀70年代中期，至今不過四十余載‘。在經歷了初期的緩慢發展之后，到80年代初開始受到更多的關注：成型設備機械化程度不斷提高，成型質量日趨完善。由于游艇具有尺寸大、型線復雜、技術含量高等特點，利用纏繞、拉擠等傳統玻璃鋼成型工藝并不能實現游艇艇體的制造。常用的玻璃鋼游艇成型工藝如表1—2所示。
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