高壓玻璃鋼管道熱芯纏繞數(shù)值模擬及過程監(jiān)測研究.pdf

1、纖維纏繞熱固型高壓玻璃鋼管道具有強度大、比剛度高、容易成型和可設(shè)計等優(yōu)點，使其在航空航天、軍事、民用工程、能源輸送和壓力容器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟和社會效益。在纏繞過程中合理的控制芯模溫度，使樹脂的黏度保持在一定的范圍之內(nèi)，能夠使樹脂更好的侵潤纖維，提高管道的含膠量，增加管道的密實程度，改善管道的性能。因而在熱纏繞中采用合理科學(xué)的芯模加熱歷程將對產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，本課題將針對熱纏繞高壓玻璃鋼管道生產(chǎn)線系統(tǒng)，對管道在熱纏繞

2、和固化過程中的溫度場和固化度場分布變化進(jìn)行數(shù)值模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果對管道的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化。
　　 本文首先分析研究了熱芯纏繞控制系統(tǒng)的工作原理，通過對在纏繞和固化過程中的材料內(nèi)部熱-化學(xué)動力學(xué)歷程進(jìn)行分析，建立了熱傳導(dǎo)和固化動力學(xué)模型，為數(shù)值模擬過程提供理論依據(jù);其次，根據(jù)熱纏繞控制系統(tǒng)構(gòu)建了的數(shù)值模擬有限元模型，使用ANSYS分析軟件，采用APDL參數(shù)化設(shè)計語言編寫數(shù)值模擬程序，為了驗證數(shù)值模擬所建立的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計了基于光

3、纖布拉格傳感器的復(fù)合材料內(nèi)部溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，在數(shù)值模擬可靠性得到驗證之后分析了采用傳統(tǒng)恒溫加熱的熱芯纏繞工藝的管道溫度變化歷程和放熱強度;最后，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果優(yōu)化了原有的固化制度，并基于優(yōu)化的加溫歷程對殼體從纏繞到固化完全的全程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了溫度、固化度和樹脂固化反應(yīng)放熱強度的分布及其變化規(guī)律。
　　 本課題通過對熱纏繞高壓玻璃鋼管道生產(chǎn)過程的理論研究、模型建立、數(shù)值模擬程序編寫和模型驗證與分析，實現(xiàn)了對生產(chǎn)過程中的