復合材料厚壁殼體內外協(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。隨著復合材料殼體工作壓力的提高和特殊工程的需要，厚壁復合材料殼體也得到進一步的應用，如高壓管道、儲能飛輪等等。在采用傳統(tǒng)固化工藝對厚壁殼體成型時，殼體固化所需加熱時間過長，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排除，因此難以保證產品質量。
　　為實現(xiàn)厚壁復合材料殼體的高效優(yōu)質固化，本文采用內外協(xié)同固化新工藝，即將浸漬過的樹脂纖維按預定張力、預定厚度和預

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

3、了內外協(xié)同固化工藝的原理，建立了厚壁殼體內外協(xié)同固化過程的傳熱模型和固化動力學模型，利用有限元軟件ANSYS和APDL語言開發(fā)了厚壁殼體內外協(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行了實驗驗證和數(shù)值模擬，分析殼體內外協(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外協(xié)同固化過程中應變的分布及其變化歷程。對新工藝的數(shù)值模擬結果表明：隨著外溫和升溫速率的不斷增大，中心節(jié)點的溫度、固化度和應變波動較大；隨