復(fù)合材料殼體熱纏繞過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、由于纖維纏繞復(fù)合材料具有比強(qiáng)度大、比剛度高和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),使其在航空航天、能源輸送和壓力容器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,各種復(fù)合材料成型工藝也應(yīng)運(yùn)而生,而復(fù)合材料的成型工藝直接決定了其成型質(zhì)量,所以研發(fā)高效的成型工藝是提高復(fù)合材料成型質(zhì)量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的纖維纏繞復(fù)合材料殼體的成型通常采用先纏繞后固化的方法,這種成型方法所需時(shí)間長,成型效率低,而本文研究的熱纏繞工藝是一種邊纏繞邊固化的工藝,它是采用蒸汽加熱金屬芯模實(shí)現(xiàn)正在纏繞的復(fù)合材料的固化成型

2、的新工藝,這種工藝可節(jié)省成型時(shí)間和成本,提高成型效率和質(zhì)量。
　　 本文介紹熱纏繞工藝的原理,建立熱纏繞過程的熱傳導(dǎo)模型、固化動(dòng)力學(xué)模型和應(yīng)變模型,并給出求解所需的初始條件和邊界條件。采用有限元法實(shí)現(xiàn)對(duì)熱纏繞過程的數(shù)值模擬,使用均方收斂的牛頓-拉夫遜迭代方法求解微分方程,并驗(yàn)證本文算法的正確性。以有限元軟件ANSYS和APDL語言開發(fā)復(fù)合材料殼體熱纏繞過程的數(shù)值模擬程序,對(duì)殼體熱纏繞過程進(jìn)行數(shù)值模擬,分析殼體熱纏繞過程中復(fù)合材料

3、內(nèi)部溫度、固化度和應(yīng)變的變化歷程,研究升溫速率、纏繞速度和表面對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)熱纏繞過程中溫度、固化度和應(yīng)變的影響。
　　 本文研究的熱纏繞工藝已經(jīng)應(yīng)用于復(fù)合材料殼體成型,實(shí)踐應(yīng)用表明:采用熱纏繞工藝生產(chǎn)的殼體性能優(yōu)于其他傳統(tǒng)殼體成型工藝,采用熱纏繞工藝可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料殼體高效、優(yōu)質(zhì)且低成本成型。對(duì)筒型殼體熱纏繞過程的數(shù)值模擬表明:應(yīng)該在保證殼體固化效率的前提下,盡量降低升溫速率、提高纏繞速度、增大表面對(duì)流換熱系數(shù),以提高殼體質(zhì)量。