纖維纏繞復合材料料殼體原位成型工藝研究

       熱固型纏繞復合材料殼體以其優異的性能在航空、軍事和工業等領域得到了廣泛應用目前，制約其應用和發展的主要瓶頸是殼體的成本和性能，而殼體成型工藝直接決定了其最終性能和成本，由于纏繞殼體為中空結構，因此可以采用加熱殼體內部金屬芯模或內襯的方法實現纏繞后的或正在纏繞的復合材料的固化成型，即原位成型．本文介紹復合材料殼體原位成型新工藝，建立筒型殼體內加熱固化過程的數學模型，利用有限元法對簡體固化過程中的溫度和固化度進行了數值模擬分析，該研究為實現殼體高效、優質且低成本成型提供新思路，為原位成型工藝設計、模擬和參數優化提供分析模型和方法，

        纖維纏繞熱固型復合材料殼體（以下簡稱殼體）具有比強度大、比剛度高、容易成型和可設計等優點，使其在航空航天、軍事、民用工程、能源輸送和壓力容器等領域得到廣泛應用，產生了巨大的經濟效益和社會效益，復合材料殼體是結構性能與工藝過程一體化的材料，其成型工藝過程直接決定了結構的最終性能和成本，當前制約復合材料應用和發展的主要瓶頸是材料性能和生產成本問題。

       在諸多熱固型復合材料成型方法中，濕法纏繞技術能較好地實現低成本和高效率的結合，在復合材料殼體成型中獲得了廣泛的應用，傳統的纖維纏繞殼體在纏繞機上纏繞成型后，通常采用‘外固化’藝在烘箱或熱壓釜內將熱量通過輻射、傳導和對流等方式傳遞給制件實現其固化成型”．既然纖維纏繞殼體為中空結構，而且其成型時的芯模（或內襯）多為金屬材料，因此可以采用加熱殼體內部金屬芯模或內襯的方法實現纏繞后的或正在纏繞的復合材料的固化成型，我們稱上述工藝為“內固化原位成型工藝，

       本文對采用蒸汽進行芯模加熱的內固化原位成型工藝進行了研究，介紹了原位成型工藝原理，由于固化制度的選擇和設計是影響殼體質量的重要因素，而殼體固化過程涉及到熱傳導和放熱性化學反應兩個方面，是一個復雜的耦合過程，因此本文建立了筒型殼體內加熱固化過程數學模型，采用有限元法實現了殼體固化過程中溫度和固化度的分布及其變化規律的數值模擬研究，以有限元軟件ANSYS和APDL為平臺開發了殼體內固化過程的數值模擬程序，對筒型殼體固化過程進行了數值模擬和分析，為原位成型固化制度的設計和優化提供了一種有效的分析工具。

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