基于連續(xù)編織-纏繞-拉擠成型工藝的復(fù)合材料直管固化研究.pdf

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1、68基于連續(xù)編織-纏繞-拉擠成型工藝的復(fù)合材料直管固化研究2017年1月基于連續(xù)編織-纏繞-拉擠成型工藝的復(fù)合材料直管固化研究11*21許家忠，袁亞男，張博文，李強(qiáng)(1.哈爾濱理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，哈爾濱150080;2.哈爾濱康帕斯復(fù)合材料裝備有限公司，哈爾濱150000)摘要:根據(jù)復(fù)合材料固化成型原理，建立采用連續(xù)編織-纏繞-拉擠成型工藝生產(chǎn)的復(fù)合材料直管的傳熱模型以及固化動(dòng)力學(xué)模型，利用有限元軟件ANSYS和APDL語(yǔ)言開(kāi)發(fā)復(fù)合材料直管固化過(guò)程

2、數(shù)值模擬程序，以三維復(fù)合材料直管為模型進(jìn)行固化數(shù)值模擬仿真，從而分析不同參數(shù)對(duì)采用連續(xù)編織-纏繞-拉擠成型工藝復(fù)合材料直管固化成型過(guò)程中的溫度與固化度的影響。通過(guò)對(duì)復(fù)合材料直管模型進(jìn)行固化數(shù)值模擬仿真分析可以得到工藝參數(shù)(如初始溫度、加溫歷程、拉擠速度等參數(shù))對(duì)固化過(guò)程的影響規(guī)律。對(duì)應(yīng)用連續(xù)編織-纏繞-拉擠成型工藝生產(chǎn)的復(fù)合材料直管進(jìn)行在線溫度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明數(shù)值模擬與實(shí)際生產(chǎn)工藝貼合，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:復(fù)合材料;編織-纏繞-拉擠;數(shù)值模擬;固化研究中圖分類號(hào):TB332文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003－0999(2017)01

3、－0068－09復(fù)合材料制品成型工藝有多種，如纏繞成型、拉具有優(yōu)越的性能，但是其工藝參數(shù)對(duì)制品固化成型擠成型、模壓成型、編織成型、真空注射成型等。纏的影響目前還沒(méi)有文獻(xiàn)給出明確的說(shuō)明，物理實(shí)驗(yàn)繞成型的復(fù)合材料制品由于軸向力學(xué)性能不佳，應(yīng)耗時(shí)長(zhǎng)、成本高、科學(xué)性不足。本文以復(fù)合材料直管用局限于少數(shù)領(lǐng)域，拉擠成型的復(fù)合材料直管由于為例，利用有限元仿真軟件ANASYS分析其固化成承內(nèi)壓強(qiáng)度低，在某些行業(yè)中不被看好。目前市場(chǎng)型過(guò)程，得出新工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料直管固化成型上，一種保證軸向力學(xué)性能與承壓能力都不錯(cuò)的制的影響規(guī)律。［1-3］品成了復(fù)合材料行業(yè)急

4、需的一種新產(chǎn)品。在復(fù)合材許家忠等提出了復(fù)合材料內(nèi)外協(xié)同固化原［4］料制品制備的過(guò)程中，同時(shí)應(yīng)用到編織工藝、纏繞工理以及熱芯繞組技術(shù)等。Luca等分析熱退化周藝、拉擠工藝的制備工藝被稱為連續(xù)編織-纏繞-拉期解決復(fù)合材料從芯模到邊緣固化度不同的問(wèn)題。［5］擠成型工藝。復(fù)合材料制品的連續(xù)編織-纏繞-拉擠Jin等采用有限元分析干式變壓器成型過(guò)程中溫［6］成型工藝的原理為在電機(jī)的作用下芯軸帶動(dòng)經(jīng)過(guò)編度與固化度的變化情況。Costa等通過(guò)固化動(dòng)力織和纏繞的纖維織物通過(guò)拉擠成型模具，浸漬樹(shù)脂學(xué)模型預(yù)測(cè)復(fù)合材料的固化程度及其生成的熱量。［7］的纖維織物通過(guò)成

5、型模具的加熱和擠壓后固化成Park等提出準(zhǔn)確的參數(shù)設(shè)置有利于三維固化模［8］型，再將固化成型的毛坯加工成為復(fù)合材料制品。擬分析。胡照會(huì)等模擬帶有鋁板的復(fù)合材料層板該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)如下:應(yīng)用此工藝生產(chǎn)的制品既固化殘余應(yīng)力/應(yīng)變變化規(guī)律，并從纖維方向與垂直［9］有良好的承內(nèi)壓能力，又具備良好的彎曲強(qiáng)度;通過(guò)纖維方向?qū)堄鄳?yīng)力與應(yīng)變進(jìn)行分析。徐亞棟等拉擠后的制品含膠量降低，制品的比剛度和比強(qiáng)度利用有限元分析方法分析復(fù)合材料管件在發(fā)射條件［10］有所提高;與纏繞工藝生產(chǎn)的單根管一次成型不同，下溫度場(chǎng)與動(dòng)態(tài)應(yīng)力的變化規(guī)律。趙海濤等通該工藝生產(chǎn)的復(fù)合材料

6、直管可連續(xù)成型后截?cái)喑刹贿^(guò)光纖布拉格光柵實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到復(fù)合材料不同區(qū)域內(nèi)［11］同長(zhǎng)度的制品，不產(chǎn)生端頭廢料，節(jié)約了資源，降低固化完成前后有明顯的應(yīng)變差異。譚華等針對(duì)了生產(chǎn)成本。熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝的固化過(guò)程建立了采用連續(xù)編織-纏繞-拉擠成型工藝生產(chǎn)的制品數(shù)學(xué)模型，并采用有限單元法進(jìn)行了三維瞬態(tài)數(shù)值收稿日期:2016-08-03基金項(xiàng)目:黑龍江省自然科學(xué)基金(E201301)作者簡(jiǎn)介:許家忠(1977-)，男，博士，教授，主要研究方向?yàn)閺?fù)合材料成型工藝及纏繞裝備制造。通訊作者:袁亞男(1991-)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)閺?fù)合材料成

7、型工藝數(shù)值模擬及纏繞機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化，yuanyanan480@126.com。FＲP/CM2017.No.12017年第1期玻璃鋼/復(fù)合材料69分析。2復(fù)合材料直管仿真模型初溫、拉擠模具的加溫歷程、拉擠速度等因素都2.1熱傳導(dǎo)模型的建立會(huì)對(duì)復(fù)合材料直管質(zhì)量造成影響。如何調(diào)整編織-復(fù)合材料直管應(yīng)用新工藝固化過(guò)程的溫度場(chǎng)由纏繞-拉擠成型工藝中的工藝參數(shù)使得復(fù)合材料直熱傳導(dǎo)和固化反應(yīng)放熱共同決定，根據(jù)Fourier熱傳管可以完全固化成為本文研究的主要問(wèn)題

8、。本文利［12］導(dǎo)定律和能量守恒方程建立熱傳導(dǎo)問(wèn)題數(shù)學(xué)模型:用有限元軟件ANSYS和APDL語(yǔ)言開(kāi)發(fā)復(fù)合材料Tρc=直管固化過(guò)程數(shù)值模擬程序，以三維復(fù)合材料直管