本文選題：熱芯纏繞 + 響應(yīng)曲面法��； 參考：《哈爾濱理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：熱芯纏繞成型方法是在傳統(tǒng)外固化成型方法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來新型復(fù)合材料制品生產(chǎn)制造方法,該方法可實(shí)現(xiàn)纏繞固化同步進(jìn)行,省去了脫模、轉(zhuǎn)運(yùn)工序,減少了設(shè)備占地空間,提高了生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本。其工作流程是在進(jìn)行纖維纏繞的同時(shí),芯模內(nèi)部通入高溫蒸汽,蒸汽流動(dòng)對(duì)芯模金屬外表面進(jìn)行加熱,纏繞與固化同時(shí)進(jìn)行。采用熱芯纏繞成型方法生產(chǎn)的復(fù)合材料制品,成型效率更高,廢品、次品率低,目前此種工藝廣泛應(yīng)用在高端復(fù)合材料制品生產(chǎn)線上。熱芯纏繞成型方法的出現(xiàn)使得復(fù)合材料成型技術(shù)得到了很大的改進(jìn),但在實(shí)際生產(chǎn)中依然存在問題:芯模是一根圓柱狀金屬管,高溫蒸汽在芯模內(nèi)流動(dòng)時(shí),極易造成芯模軸向產(chǎn)生較大的溫度梯度,造成其外表面溫度不均。復(fù)合材料制品易出現(xiàn)部分管段固化不完全,進(jìn)而影響制品品質(zhì)。芯模軸向溫度場(chǎng)的分布在很大程度上受其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響,針對(duì)以上問題,本文以芯模結(jié)構(gòu)優(yōu)化為研究核心,對(duì)芯模進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到芯模外表面溫度場(chǎng)均勻的目的。本文主要針對(duì)熱芯纏繞成型方法進(jìn)行研究,研究使用高溫蒸汽作為加熱介質(zhì)的熱芯纏繞成型方法原理,構(gòu)建芯模及其內(nèi)部流動(dòng)的蒸汽流體的物理模型、蒸汽流動(dòng)與傳熱過程的數(shù)學(xué)模型,利用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent進(jìn)行芯模蒸汽加熱過程數(shù)值模擬。依據(jù)響應(yīng)曲面法進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)計(jì),確定試驗(yàn)因素及因素水平,依據(jù)Box-Behnken設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案進(jìn)行建模、劃分網(wǎng)格、數(shù)值模擬仿真。數(shù)值模擬仿真結(jié)束后,在芯模外表面設(shè)置溫度跟蹤點(diǎn),讀取溫度數(shù)據(jù),計(jì)算得到芯模外表面溫度的標(biāo)準(zhǔn)差以此值作為試驗(yàn)響應(yīng)值,進(jìn)而擬合出溫度均勻性與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)之間關(guān)系的二階響應(yīng)曲面模型。最后利用Matlab遺傳算法工具箱,尋找出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。依據(jù)最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)組合再次進(jìn)行數(shù)值模擬,驗(yàn)證利用遺傳算法尋優(yōu)方案的正確性,驗(yàn)證結(jié)果表明,試驗(yàn)值與擬合值相差很小。在利用遺傳算法尋出的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)方案下,芯模表面溫度均勻性良好,實(shí)現(xiàn)了芯模結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的,為實(shí)際生產(chǎn)提供了理論指導(dǎo)。
[Abstract]:The hot core winding molding method is based on the traditional outside solidification molding method to develop a new production and manufacturing method of composite products. This method can realize the winding solidification synchronously, thus eliminating the demoulding and transferring process. The invention reduces the space occupied by the equipment, improves the production efficiency and reduces the production cost. At the same time of filament winding, high temperature steam is introduced into the core mold, and the outer surface of the core metal is heated by steam flow, and the winding and solidification are carried out at the same time. The composite products produced by hot core winding method have higher molding efficiency, lower rate of waste and inferior products. At present, this technology is widely used in the production line of high-end composite products. The appearance of the hot core winding method has greatly improved the composite molding technology, but there are still some problems in practical production: the core mold is a cylindrical metal tube, and the high temperature steam flows in the core mold. It is easy to cause a large temperature gradient in the axial direction of the core die, resulting in uneven temperature on the outer surface. Composite products are prone to partial tube curing incomplete, and then affect the quality of products. The distribution of the axial temperature field of the core die is largely influenced by its internal structure. In view of the above problems, the core die structure optimization is taken as the research core, and the core die structure optimization design is carried out in order to achieve the goal of uniform temperature field on the outer surface of the core die. This paper mainly focuses on the research of the forming method of hot core winding, and studies the principle of the hot core winding forming method using high temperature steam as the heating medium, and constructs the physical model of the core mold and the steam fluid flowing inside it. The mathematical model of steam flow and heat transfer process is numerically simulated by using the CFD software fluent. According to the response surface method, the experimental scheme is designed, and the test factors and the level of factors are determined. According to the test scheme designed by Box-Behnken, the model is built, meshed, and simulated numerically. At the end of the simulation, the temperature tracking point is set on the outer surface of the core mold, the temperature data are read, and the standard deviation of the outer surface temperature of the core mold is calculated as the experimental response value. Then the second order response surface model of the relationship between the temperature uniformity and its internal structure parameters is fitted. Finally, the optimal combination of structural parameters is found by using Matlab genetic algorithm toolbox. According to the optimal structure parameter combination, the numerical simulation is carried out again to verify the correctness of the optimization scheme using genetic algorithm. The results show that the difference between the experimental value and the fitting value is very small. Under the optimal structural parameter scheme found by genetic algorithm, the surface temperature uniformity of the core die is good, which realizes the optimization of the core die structure and provides theoretical guidance for practical production.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB33;TP18

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本文編號(hào)：2116045