復(fù)合材料厚壁殼體內(nèi)外協(xié)同固化過程仿真分析.pdf

1、管壁較薄的纏繞成型的殼體通常使用傳統(tǒng)的外固化工藝成型。隨著復(fù)合材料殼體工作壓力的提高和特殊工程的需要，厚壁復(fù)合材料殼體也得到進(jìn)一步的應(yīng)用，如高壓管道、儲(chǔ)能飛輪等等。在采用傳統(tǒng)固化工藝對(duì)厚壁殼體成型時(shí)，殼體固化所需加熱時(shí)間過長，因此耗能高、效率低，不但大大提高了成本，而且由于多余樹脂不能及時(shí)排除，因此難以保證產(chǎn)品質(zhì)量。
　　為實(shí)現(xiàn)厚壁復(fù)合材料殼體的高效優(yōu)質(zhì)固化，本文采用內(nèi)外協(xié)同固化新工藝，即將浸漬過的樹脂纖維按預(yù)定張力、預(yù)定厚度和預(yù)

2、定纏繞速度在芯模上纏繞后，將蒸汽通入到金屬芯模內(nèi)，將被加熱金屬芯模的熱量傳遞給纖維樹脂纏繞層，同時(shí)在外部使用碳纖維紅外線石英電熱管對(duì)其加恒溫。新工藝對(duì)于厚壁復(fù)合材料殼體的成型具有明顯的優(yōu)勢(shì)：可加快厚壁殼體成型，從而縮短成型時(shí)間；更加有利于纖維持續(xù)浸漬、樹脂內(nèi)氣泡、多余樹脂及固化放熱產(chǎn)生的能量的排出及復(fù)合材料密實(shí)；可解決局部先于周圍固化導(dǎo)致的缺膠或分層等質(zhì)量問題。
　　本文對(duì)采用蒸汽進(jìn)行芯模加熱的內(nèi)外協(xié)同固化成型工藝進(jìn)行了研究，說明

3、了內(nèi)外協(xié)同固化工藝的原理，建立了厚壁殼體內(nèi)外協(xié)同固化過程的傳熱模型和固化動(dòng)力學(xué)模型，利用有限元軟件ANSYS和APDL語言開發(fā)了厚壁殼體內(nèi)外協(xié)同固化過程數(shù)值模擬程序，并以二維有限元模型為例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)值模擬，分析殼體內(nèi)外協(xié)同固化過程中溫度和固化度的分布及其變化歷程。以三維有限元模型為例分析殼體內(nèi)外協(xié)同固化過程中應(yīng)變的分布及其變化歷程。對(duì)新工藝的數(shù)值模擬結(jié)果表明：隨著外溫和升溫速率的不斷增大，中心節(jié)點(diǎn)的溫度、固化度和應(yīng)變波動(dòng)較大；隨