基于连续编织-缠绕-拉挤成型工艺的复合材料直管固化研究.pdf

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1、68基于连续编织-缠绕-拉挤成型工艺的复合材料直管固化研究2017年1月基于连续编织-缠绕-拉挤成型工艺的复合材料直管固化研究11*21许家忠，袁亚男，张博文，李强(1.哈尔滨理工大学自动化学院，哈尔滨150080;2.哈尔滨康帕斯复合材料装备有限公司，哈尔滨150000)摘要:根据复合材料固化成型原理，建立采用连续编织-缠绕-拉挤成型工艺生产的复合材料直管的传热模型以及固化动力学模型，利用有限元软件ANSYS和APDL语言开发复合材料直管固化过程

2、数值模拟程序，以三维复合材料直管为模型进行固化数值模拟仿真，从而分析不同参数对采用连续编织-缠绕-拉挤成型工艺复合材料直管固化成型过程中的温度与固化度的影响。通过对复合材料直管模型进行固化数值模拟仿真分析可以得到工艺参数(如初始温度、加温历程、拉挤速度等参数)对固化过程的影响规律。对应用连续编织-缠绕-拉挤成型工艺生产的复合材料直管进行在线温度测试，测试结果表明数值模拟与实际生产工艺贴合，对实际生产有指导意义。关键词:复合材料;编织-缠绕-拉挤;数值模拟;固化研究中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:1003－0999(2017)01

3、－0068－09复合材料制品成型工艺有多种，如缠绕成型、拉具有优越的性能，但是其工艺参数对制品固化成型挤成型、模压成型、编织成型、真空注射成型等。缠的影响目前还没有文献给出明确的说明，物理实验绕成型的复合材料制品由于轴向力学性能不佳，应耗时长、成本高、科学性不足。本文以复合材料直管用局限于少数领域，拉挤成型的复合材料直管由于为例，利用有限元仿真软件ANASYS分析其固化成承内压强度低，在某些行业中不被看好。目前市场型过程，得出新工艺参数对复合材料直管固化成型上，一种保证轴向力学性能与承压能力都不错的制的影响规律。［1-3］品成了复合材料行业急

4、需的一种新产品。在复合材许家忠等提出了复合材料内外协同固化原［4］料制品制备的过程中，同时应用到编织工艺、缠绕工理以及热芯绕组技术等。Luca等分析热退化周艺、拉挤工艺的制备工艺被称为连续编织-缠绕-拉期解决复合材料从芯模到边缘固化度不同的问题。［5］挤成型工艺。复合材料制品的连续编织-缠绕-拉挤Jin等采用有限元分析干式变压器成型过程中温［6］成型工艺的原理为在电机的作用下芯轴带动经过编度与固化度的变化情况。Costa等通过固化动力织和缠绕的纤维织物通过拉挤成型模具，浸渍树脂学模型预测复合材料的固化程度及其生成的热量。［7］的纤维织物通过成

5、型模具的加热和挤压后固化成Park等提出准确的参数设置有利于三维固化模［8］型，再将固化成型的毛坯加工成为复合材料制品。拟分析。胡照会等模拟带有铝板的复合材料层板该工艺的主要优点如下:应用此工艺生产的制品既固化残余应力/应变变化规律，并从纤维方向与垂直［9］有良好的承内压能力，又具备良好的弯曲强度;通过纤维方向对残余应力与应变进行分析。徐亚栋等拉挤后的制品含胶量降低，制品的比刚度和比强度利用有限元分析方法分析复合材料管件在发射条件［10］有所提高;与缠绕工艺生产的单根管一次成型不同，下温度场与动态应力的变化规律。赵海涛等通该工艺生产的复合材料

6、直管可连续成型后截断成不过光纤布拉格光栅实验检测到复合材料不同区域内［11］同长度的制品，不产生端头废料，节约了资源，降低固化完成前后有明显的应变差异。谭华等针对了生产成本。热固性树脂基复合材料成型工艺的固化过程建立了采用连续编织-缠绕-拉挤成型工艺生产的制品数学模型，并采用有限单元法进行了三维瞬态数值收稿日期:2016-08-03基金项目:黑龙江省自然科学基金(E201301)作者简介:许家忠(1977-)，男，博士，教授，主要研究方向为复合材料成型工艺及缠绕装备制造。通讯作者:袁亚男(1991-)，女，硕士研究生，主要研究方向为复合材料成

7、型工艺数值模拟及缠绕机机械结构优化，yuanyanan480@126.com。FＲP/CM2017.No.12017年第1期玻璃钢/复合材料69分析。2复合材料直管仿真模型初温、拉挤模具的加温历程、拉挤速度等因素都2.1热传导模型的建立会对复合材料直管质量造成影响。如何调整编织-复合材料直管应用新工艺固化过程的温度场由缠绕-拉挤成型工艺中的工艺参数使得复合材料直热传导和固化反应放热共同决定，根据Fourier热传管可以完全固化成为本文研究的主要问题

8、。本文利［12］导定律和能量守恒方程建立热传导问题数学模型:用有限元软件ANSYS和APDL语言开发复合材料Tρc=直管固化过程数值模拟程序，以三维复合材料直管