热塑性复合材料缠绕过程温度场分析及工艺参数优化研究

发布时间：2020-05-25 13:33

【摘要】：热塑性复合材料相比热固性复合材料具有成型周期短、可循环使用、耐高温等优良特性,原位固结是一项高效低成本制造复合材料构件的技术,将热塑性复合材料与原位固结相结合的成型技术在未来具有广阔的发展空间。本文以热塑性复合材料缠绕/原位固结工艺为研究背景,研究了缠绕过程中温度场分布情况,通过构建温度控制系统对基底温度进行精确控制,采用响应曲面法设计缠绕试验,研究各工艺参数及其耦合作用对NOL环力学性能的影响并获得最优工艺参数组合。热塑性复合材料缠绕过程中温度历程影响构件的成型质量,研究缠绕过程中温度变化情况非常重要,因此进行了热塑性复合材料缠绕过程中温度场的模拟仿真及试验验证。建立缠绕过程的二维热传递数学模型,然后基于ANSYS有限元软件对热塑性复合材料缠绕过程进行瞬态热分析,通过时间历程后处理获得基底铺层的温度历程。设计搭建缠绕过程中基底温度场在线测量系统,实时测量基底铺层的温度并进行存储。将试验测量值和仿真得到的数据进行比较,验证有限元仿真的准确性。为保证热塑性复合材料缠绕成型构件质量,提出温度控制系统方案精确控制缠绕过程温度。采用西门子S7-300PLC作为硬件,使用STEP7软件设计增量式PID控制器实现对热塑性缠绕过程温度的控制。以热塑性缠绕试验平台为基础,搭建了激光加热温度控制系统,通过PID程序对预浸料缠绕过程温度进行调节和控制,验证温度控制方案的有效性。根据响应曲面法在现有的热塑性复合材料缠绕平台上进行缠绕试验制备NOL环,将NOL环的力学性能拉伸强度和层间剪切强度作为优化目标,研究树脂含量、压辊压力及缠绕速度各工艺参数及其耦合作用对NOL环力学性能的影响,建立预测模型用来分析各项参数对NOL环力学性能的影响,在确认模型的合理性之后通过模型得到热塑性复合材料缠绕成型最优工艺参数组合。
【图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文倍，，这一特点造成热塑性树脂对纤维的浸渍性差，热固性树脂的浸渍，必须进行改进；当热塑性树脂浸渍过的纤维缠绕于芯点较高，因此需要在缠绕过程中对基底和预浸料的粘合点加热构件具有良好的层间结合强度。热塑性预浸料的制备或者在线复合材料缠绕成型的核心问题。国外的热塑性复合材料缠绕成DC 公司开发的热塑性复合材料铺缠技术已经接近成熟，如图

（c）密度随温度变化曲线.4 碳纤维增强聚醚醚酮复合材料热性能参数随温度的体是聚醚醚酮树脂，其为半结晶聚合物，在缠绕过程导致树脂基体熔融，树脂基体从固态变为熔融态是相收外界热量用来完成相变，因此认为树脂基体吸收的度基本不发生变化，将此过程中树脂吸收的外界热量
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】

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本文编号：2680229