碳纖維抽油桿拉擠過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、碳纖維連續(xù)抽油桿是一種新型的柔性抽油桿，它是以某種不飽和樹脂為基體，以碳纖維為增強(qiáng)材料，在高溫下交聯(lián)固化，通過拉擠成型工藝制成的高分子復(fù)合材料。拉擠成型是一種高效，經(jīng)濟(jì)的高分子復(fù)合材料成型方法，合理的拉擠工藝參數(shù)的制定對(duì)獲得高性能的復(fù)合材料起著至關(guān)重要的作用，在拉擠過程諸多的變量中，拉擠模具內(nèi)溫度和固化度的研究最為重要。 本文首先對(duì)前人關(guān)于拉擠模具內(nèi)熱傳導(dǎo)和固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論進(jìn)行了分析、比較，在合理的假設(shè)的基礎(chǔ)上，建立了適合碳纖

2、維抽油桿拉擠模具內(nèi)溫度場和固化度分布的數(shù)學(xué)模型。 對(duì)熱傳導(dǎo)方程和固化度動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行數(shù)值分析，確定了拉擠模具內(nèi)溫度和固化度屬于強(qiáng)耦合關(guān)系，然后運(yùn)用虛位移原理，把熱傳導(dǎo)方程和固化動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)化為其相應(yīng)的“弱形式”。使用有限元軟件IFEPG和Fortran語言為平臺(tái)開發(fā)出一計(jì)算機(jī)程序，并使用該程序預(yù)測拉擠模具內(nèi)碳纖維抽油桿溫度和固化度的分布。給出了碳纖維抽油桿復(fù)合材料在拉擠模具內(nèi)溫度和固化度變化的規(guī)律。 開發(fā)的計(jì)算程序能以云

3、圖，曲線，動(dòng)畫的形式給出模具內(nèi)復(fù)合材料每一點(diǎn)的溫度和固化度變化情況；基于IFEPG開發(fā)的計(jì)算機(jī)程序具有一定的開放性和通用行，不僅可以用來模擬碳纖維抽油桿的生產(chǎn)，在給定樹脂和纖維各種動(dòng)力學(xué)參數(shù)和物理性能參數(shù)的情況下，還可以模擬其他不同形狀的拉擠產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。 使用開發(fā)的計(jì)算機(jī)程序詳細(xì)的探討了各種拉擠工藝參數(shù)(模具溫度，模具厚度，拉擠速度，初始溫度等)對(duì)模具內(nèi)溫度和固化度分布的影響。發(fā)現(xiàn)較高的模具溫度雖然可以提高復(fù)合材料的固化度，

4、但同時(shí)也容易造成材料內(nèi)部與不過熱，產(chǎn)生殘余應(yīng)力；初始溫度對(duì)材料最終的固化度分布影響不大，但是合理的初始溫度，有利于加工成型；較慢的拉擠速度可以明顯提高拉擠產(chǎn)品的固化度，隨著拉擠速度的降低模具內(nèi)復(fù)合材料的最高溫度點(diǎn)想模具口偏移。 還探討了由樹脂固化產(chǎn)生的熱量對(duì)復(fù)合材料在模具內(nèi)溫度和固化度分布的影響，發(fā)現(xiàn)內(nèi)熱源對(duì)溫度和固化度的分布影響很大，即使很薄的拉擠產(chǎn)品也不能忽略內(nèi)熱源的影響。 使用第三方軟件對(duì)開發(fā)的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行了驗(yàn)證