復合材料液體成型技術(shù)作為可適用于大型工程結(jié)構(gòu)制造的先進復合材料生產(chǎn)技術(shù),具有成型快、成本低并具有大規(guī)模量產(chǎn)的優(yōu)點,是目前工業(yè)界和學術(shù)界的研究熱點。但復合材料液體成型工藝一直缺少相應(yīng)的合適的成型監(jiān)測手段,導致了復合材料產(chǎn)品質(zhì)量和一致性難以保證。工業(yè)生產(chǎn)常采用介電法對工藝流程進行監(jiān)測,但介電法只能用于玻璃纖維復合材料,且精度較差、監(jiān)測量較少。學術(shù)界許多學者提出了多種實時監(jiān)測方法,如光纖法、熱學法和波傳播法,但這些方法應(yīng)用條件較為苛刻,成本較高,目前仍然處于實驗室驗證階段,在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的技術(shù)成熟度還不高。本文采取數(shù)值模擬和實驗驗證相結(jié)合的方法,首先對復合材料液體成型工藝過程進行數(shù)值模擬,掌握復合材料液體成型的基本規(guī)律,然后采取基于壓電傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測技術(shù),將鋯鈦酸鉛(Pb-based lead Zirconium Titanate,簡稱PZT)傳感器布置在模具上(可內(nèi)側(cè)或外側(cè)),利用PZT可實現(xiàn)壓力、機電阻抗和波傳播三種方法,對復合材料液體成型工藝進行由點至面,從局部到整體的多物理量實時監(jiān)測,并進行實驗驗證。本文主要工作如下:(1)研究了復合材料液體成型過程時樹脂流動過程和固化時溫度場與固化度場的相互耦合過程。首先通過對環(huán)氧樹脂進行DSC實驗,求得相應(yīng)n級動力學模型參數(shù)。然后通過PAM-RTM有限元軟件進行樹脂填充纖維材料的模擬,得到樹脂流動前沿和具體的流動過程。接著基于Abaqus有限元軟件,通過Fortran編寫,將n級動力學模型和子程序結(jié)合,對固化過程中溫度場和固化度場進行了耦合計算,并分析得到最優(yōu)固化方式及溫度。(2)提出了基于壓力法和Lamb波法的樹脂流動前沿監(jiān)測方法,實現(xiàn)大型復合材料結(jié)構(gòu)的從點到面的流動前沿評估。通過對壓力信號進行濾波平滑處理,可以證明基于壓力法在點監(jiān)測上具有較高精度�；诓煌B(tài)Lamb波的傳播特性,分別提取基于A0相位、A0幅值和S0相位的三種不同特征因子對樹脂流動過程進行表征和預測,實驗驗證了三種特征因子的有效性。實驗結(jié)果表明,基于Lamb波法可以對大面積大范圍結(jié)構(gòu)內(nèi)的樹脂流動過程進行監(jiān)測,盡管精度不如壓力法,但通過不同路徑的對比分析,可預測流動前沿的位置。(3)提出了基于壓電阻抗和Lamb波相結(jié)合的樹脂固化監(jiān)測方法,實現(xiàn)復合材料液體成型過程中從局部到整體的固化度綜合評估。對諧振頻率和反諧振頻率進行歸一積分處理,通過對比歸一積分數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果并建立一一映射關(guān)系,發(fā)現(xiàn)基于阻抗分析法可針對成型過程中的重點區(qū)域進行局部的定量化監(jiān)測。通過S0模態(tài)Lamb波的幅值和波速的變化,可定性化反映固化過程各個階段及結(jié)束特征和定量化成像固化度。實驗結(jié)果表明,通過不同路徑的Lamb波幅值變化的定性化分析,可評價復合材料液體成型過程固化度。
【學位單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

１．３研究內(nèi)容??復合材料液體成型工藝中，以ＶＡＲＴＭ工藝技術(shù)為例，其主要流程一般包括??五個部分，如圖１．２所示。其中需要監(jiān)測的部分集中在樹脂注入和固化兩個階段。??表１．１為兩個監(jiān)測階段需要監(jiān)測的主要物理量，這些物理量對復合材料成品質(zhì)量??起決定性作用。交聯(lián)反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且固化速率與溫度呈正相關(guān)，溫度又影響??樹脂基體、纖維和模具之間不同步的熱膨脹效應(yīng)，使得固化度、溫度和殘余應(yīng)力??之間相互耦合，這種相互耦合關(guān)系也是復合材料液體成型過程監(jiān)測較為困難的原??因之一。而流動前沿主要是指樹脂注入過程中，樹脂前沿的流動位置，它與復合??材料成品中干斑、空洞現(xiàn)象息息相關(guān)。??本文重點研究實時監(jiān)測樹脂注入和固化兩個階段，并且依靠壓電傳感器網(wǎng)絡(luò)，??重點對比較難以表征的流動前沿和固化度兩個物理量進行監(jiān)測。根據(jù)壓電傳感器??自身特性，采用三種不同測量原理的方法：壓電法、Ｌａｍｂ波法和壓電阻抗分析??３??

Ａｂａｑｕｓ－，樹脂固化時內(nèi)部單元的溫度域和固化度域；再基于ＰＡＭ－ＲＴＭ有限元軟件對ＬＣＭ??工藝中樹脂填充模具過程進行模擬，得到流動前沿反饋時間，為后面實驗提供對??比分析結(jié)果及實驗意義。??第四章主要介紹ＬＣＭ工藝過程中流動前沿監(jiān)測，在傳感網(wǎng)絡(luò)中，分別基于??壓力法和基于Ｌａｍｂ波法對流動前沿進行了監(jiān)測，并基于模型法對流動前沿進行??了預測。結(jié)果證實了壓力法和Ｌａｍｂ波法都可以對樹脂注入過程進行監(jiān)測，都具??有較高的精度，能準確反映模內(nèi)樹脂流動狀態(tài)。??第五章主要介紹ＬＣＭ工藝過程中固化度監(jiān)測，在傳感網(wǎng)絡(luò)中，分別基于阻??抗分析法和基于Ｌａｍｂ法對固化過程進行監(jiān)測。將阻抗譜特征量進行歸一積分處??理，將數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果相關(guān)聯(lián)，得到固化度定量化監(jiān)測結(jié)果。根據(jù)Ｌａｍｂ波信號??特征，找出Ｌａｍｂ波波速和幅值變化規(guī)律，對樹脂固化過程進行定性化監(jiān)測。??

含多個ＰＺＴ傳感器的傳感網(wǎng)絡(luò)，不僅可以基于大范圍超聲導波法進行監(jiān)測，還??可以基于不同的方法，對不同的物理量及區(qū)域進行細致監(jiān)測。??ＰＺＴ的受電壓激勵（逆壓電效應(yīng)）原理如圖２．１所示。本文基于壓力法對流??動前沿的監(jiān)測原理，就是樹脂在注入流動過程中，基于正壓電效應(yīng)，會對ＰＺＴ??傳感器產(chǎn)生一個動態(tài)壓力，通過捕捉這個動態(tài)壓力信號，就能在時域上表達流動??前沿的具體位置。??１２??
【參考文獻】

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本文編號：2880641