碳纤维抽油杆拉挤过程数值模拟研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要碳纤维连续抽油杆是一种新型的柔性抽油杆，它是以某种不饱和树脂为基体，以碳纤维为增强材料，在高温下交联固化，通过拉挤成型工艺制成的高分子复合材料。拉挤成型是一种高效，经济的高分子复合材料成型方法，合理的拉挤工艺参数的制定对获得高性能的复合材料起着至关重要的作用，在拉挤过程诸多的变量中，拉挤模具内温度和固化度的研究最为重要。本文首先对前人关于拉挤模具内热传导和固化反应动力学理论进行了分析、比较，在合理的假设的基础上，建立了适合碳纤维抽油杆拉挤模具内温度场和固化度分布的数学模型。对热传导方程和固化度动力学方程进行数值分析，确定了拉挤模具内温度和固化度属

2、于强耦合关系，然后运用虚位移原理，把热传导方程和固化动力学方程转化为其相应的“弱形式”．使用有限元软件IFEPG和Fortran语言为平台开发出一计算机程序，并使用该程序预测拉挤模具内碳纤维抽油杆温度和固化度的分布。给出了碳纤维抽油杆复合材料在拉挤模具内温度和固化度变化的规律。开发的计算程序能以云图，曲线，动画的形式给出模具内复合材料每一点的温度和固化度变化情况；基于IFEPG开发的计算机程序具有一定的开放性和通用行，不仅可以用来模拟碳纤维抽油杆的生产，在给定树脂和纤维各种动力学参数和物理性能参数的情况下，还可以模拟其他不同形状的拉挤产品的生产过程。使用开发的计算机程序

3、详细的探讨了各种拉挤工艺参数(模具温度，模具厚度，拉挤速度，初始温度等)对模具内温度和固化度分布的影响。发现较高的模具温度虽然可以提高复合材料的固化度，但同时也容易造成材料内部与不过热，产生残余应力；初始温度对材料最终的固化度分布影响不大，但是合理的初始温度，有利于加工成型；较慢的拉挤速度可以明显提高拉挤产品的固化度，随着拉挤速度的降低模具内复合材料的最高温度点想模具口偏移。还探讨了由树脂固化产生的热量对复合材料在模具内温度和固化度分布的摘要影响，发现内热源对温度和固化度的分布影响很大，即使很薄的拉挤产品也不能忽略内热源的影响．使用第三方软件对开发的计算机程序进行了验证

4、，模拟结果与第三方软件的计算值基本吻合。本论文通过开发的计算机程序对拉挤成型进行数值研究，揭示了各种拉挤工艺参数对复合材料温度和固化度分布影响的一般规律。能够对拉挤工艺参数的制定提供有用的信息，可以用来指导拉挤工艺的制定。‘关键字：碳纤维抽油杆拉挤成型IFEPG计算机模拟Ⅱ山东大学硕士学位论文ABSTRACTCarbonfibersuckerrodisanewtypeofflexiblesuckerrod，whichusesunsaturatedresinasmatrixandcarbonfiberasreinforcementmaterial．Underhightem

5、perature，theresingraduallycuresandsolidifiestoformapolymercompositeinthepultrusiondie．Pultrusionisoneofthesimplestandthemostcost·effectivemethodsbywhichpolymercompositescanbemanufactured．Itisveryimportantforgettinghighqualifycompositestousereasonablepultrusionprocessingparameters．Amongth

6、evariousvariablesinapultrusionprocess．ofparticularinterestarethetemperatureprofilesandthedegreeofcureprofilesinthepartduringpultrusiondie．Inthisstudy，othersresearchworkaboutthetheoryofheattransferandcurereactkineticinthepultrusiondieareanalyzedandcompared，andthenamathematicalmodelaccount

7、edforheattransferandcurereactkineticareestablishedwhichissuitforcarbonfibersuckerrod．Themathematicalequationsforheattransferandtheresincurereactionduringpultrusionareanalyzedthroughnumericalmethodandfindthatthetemperatureanddegreeofcureintheputtrusiondiearestronglycoupled