玻璃鋼拉擠工藝過程非穩態溫度場與固化度數值模擬與試驗

       玻璃鋼拉擠成型過程中其固化度和溫度變化為強耦合關系。根據固化動力學和傳熱學理論，建立了非穩態溫度場與固化動力學數學模型。通過示差掃描量熱實驗計算出模型中固化動力學參數。采用有限元與有限差分相結合的方法，依據AN SYS求解耦合場的間接耦合法編制了計算程序，對拉擠工藝不同工況玻璃鋼非穩態溫度場和固化度進行數值模擬。采用特殊設計制作的鋁毛細管封裝的布拉格光柵光纖傳感器屏蔽了荷載效應應變干擾，對玻璃鋼溫度場進行實時檢測：采用索氏萃取實驗測定玻璃鋼制品固化度。實驗表明，模擬與實驗結果基本吻合。為避開繁多試湊性實驗而進行工藝過程優化提供理論依據。

      玻璃鋼拉擠成型工藝是將連續玻璃纖維進行樹脂浸漬后，通過具有特定截面形狀的模具和固化爐，連續固化成型，最后截斷成所需長度。拉擠工藝具有可生產任意長度的異型截面制品、工藝過程連續、生產率和原材料利用率高等特點。其制品縱向比強度比模量高，在航空航天、建筑、橋梁、石化、體育等方面得到了廣泛應用。拉擠工藝的增長率在近十年來一直位于國內外玻璃鋼各種成型工藝的前列。

      目前玻璃鋼拉擠工藝參數（加熱溫度、牽引速度等）是根據經驗或‘鋱湊性試驗’確定。試驗周期長、耗資費力，且科學性不足。優化拉擠工藝對提高產品質量和生產率，以及降低能耗至關重要。對拉擠工藝過程進行計算機數值模擬，可為工藝過程優化提供理論依據，而且經濟快捷。

      玻璃鋼拉擠過程是動態連續的，包括熱傳導和固化反應兩種過程。由于固化動力學方程中含有溫度變量，求固化度時要求溫度已知；而熱傳導過程中內熱源（固化反應放熱）又是固化度的函數，求溫度時又要求固化度已知。因此，玻璃鋼在拉擠過程中固化度與溫度間是一種強耦合關系，使求解變得復雜困難。本文根據固化動力學和熱傳導理論，建立了非穩態溫度場與固化度動力學模型。通過差示掃描量熱(D SC)實驗得出樹脂固化動力學參數。運用有限元與有限差分相結合的方法，依據AN SYS求解耦合場的間接耦合法，編制了計算程序，對拉擠工藝過程不同工況玻璃鋼非穩態溫度場和固化度進行數值模擬。采用專門設計制作的鋁毛細管封裝的布拉格光柵光纖(FB G)傳感器對玻璃鋼內部非穩態溫度場進行實時動態檢測，并根據國家標準CB2576-89采用索氏萃取實驗測定玻璃鋼制品固化度。模擬結果與實驗結果基本吻合。為取代傳統試湊性試驗優化玻璃鋼拉擠工藝提供了科學快捷的理論依據。

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