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高压玻璃钢管道热芯缠绕数值模拟及过程监测研究
| 论文题名： | 高压玻璃钢管道热芯缠绕数值模拟及过程监测研究 |
| 关键词： | 高压玻璃钢管道;热芯缠绕;数值模拟;光纤监测;固化制度优化;过程监测 |
| 摘要： | 纤维缠绕热固型高压玻璃钢管道具有强度大、比刚度高、容易成型和可设计等优点，使其在航空航天、军事、民用工程、能源输送和压力容器等领域应用广泛，产生了巨大的经济和社会效益。在缠绕过程中合理的控制芯模温度，使树脂的黏度保持在一定的范围之内，能够使树脂更好的侵润纤维，提高管道的含胶量，增加管道的密实程度，改善管道的性能。因而在热缠绕中采用合理科学的芯模加热历程将对产品的质量产生重要影响，本课题将针对热缠绕高压玻璃钢管道生产线系统，对管道在热缠绕和固化过程中的温度场和固化度场分布变化进行数值模拟，并根据模拟结果对管道的生产工艺进行优化。 本文首先分析研究了热芯缠绕控制系统的工作原理，通过对在缠绕和固化过程中的材料内部热-化学动力学历程进行分析，建立了热传导和固化动力学模型，为数值模拟过程提供理论依据;其次，根据热缠绕控制系统构建了的数值模拟有限元模型，使用ANSYS分析软件，采用APDL参数化设计语言编写数值模拟程序，为了验证数值模拟所建立的数学模型，设计了基于光纤布拉格传感器的复合材料内部温度应力监测系统，在数值模拟可靠性得到验证之后分析了采用传统恒温加热的热芯缠绕工艺的管道温度变化历程和放热强度;最后，根据数值模拟结果优化了原有的固化制度，并基于优化的加温历程对壳体从缠绕到固化完全的全程进行了数值模拟，分析了温度、固化度和树脂固化反应放热强度的分布及其变化规律。 本课题通过对热缠绕高压玻璃钢管道生产过程的理论研究、模型建立、数值模拟程序编写和模型验证与分析，实现了对生产过程中的温度场和固化度场的数值模拟，对高压玻璃钢管道的工艺设计和生产具有一定的理论指导意义。 |
| 作者： | 褚纪伦 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 许家忠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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