玻璃钢大锥环原位固化过程检测及数值模拟分析

摘要

以玻璃纤维增强树脂基复合材料为成型原材料的玻璃钢大锥环是用作固定发电机定子线圈端部的大型部件，该部件能抑制发电机电磁振动力及突然短路时产生的巨大冲击作用力，以保证发电机安全、稳定地运行。目前，我国引进的国外大型发电机技术中，发电机定子端部的固定基本上都是利用玻璃钢大锥环来实现的。因玻璃钢大锥环壁厚且体积较大，所以其固化成型过程复杂、难度较高。玻璃钢大锥环传统固化工艺过程中，其外接固化炉经连续缠绕后加热成型，这种成型工艺在大锥环厚内壁且纤维缠绕张力存在的情况下即不利于树脂的里外迁移，又不利于溶剂向外挥发，从而导致大面积气泡产生，制约锥环的成型效率和产品性能。
　　本文以玻璃钢大锥环原位固化成型工艺的数值模拟作为研究基础，改善其传统单一固化方式，采用内固化为主后固化协同合作的原位固化工艺形式，实现大锥环实时原位固化过程。建立玻璃钢大锥环原位固化过程的热化学模型、固化反应动力学模型、热应变与化学收缩应变模型，通过有限元方法数值求解所建数学模型。在ANSYS有限元仿真软件运行环境下，采用参数化编程语言APDL编写针对玻璃钢大锥环原位固化过程的仿真程序，仿真分析原位固化过程中温度、固化度与固化形变规律。同时，利用光纤布拉格光栅(FBG)对温度和应变的传感特性，设计玻璃钢大锥环原位固化过程的温度、应力实时检测方案。
　　本文具体分析结果证明:玻璃钢大锥环原位内固化可固化范围内，热量由内向外逐层传递且厚度越大温度峰值的变化越大，最大可固化壁厚为8cm，8cm以外未固化部分经原位后固化过程得以完全固化;原位固化导致锥环大端产生向内收缩的较大形变，最大形变量为0.21mm，锥环小端处形变量较小;玻璃钢大锥环原位固化过程温度和应变检测结果与数值模拟分析结果相符，所用数值模拟分析方法可用于玻璃钢大锥环固化工艺的温度和应变预测。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及研究目的与意义

1．2 国内外玻璃钢大锥环生产研究现状

1．2．1 固化过程研究现状

1．2．2 检测技术研究现状

1．2．3 数值模拟研究现状

1．3 主要研究内容

第2章 原位固化工艺及有限元仿真模型

2．1 原位固化工艺原理

2．2 原位固化工艺的有限元模型

2．2．1 热一化学与固化动力学模型

2．2．2 热应变与化学收缩应变模型

2．2．3 有限元模型的理论求解

2．3 基于ANSYS建立有限元仿真模型

2．3．1 APDL参数化语言设计

2．3．2 定义类型及设定参数

2．3．3 建立几何模型并划分网格

2．3．4 边界条件的设定

2．4 本章小结

第3章 基于FBG传感技术的原位固化过程检测

3．1 FBG传感及解调技术基本原理

3．1．1 FBG传感的基本理论

3．1．2 FBG波长解调基本方法

3．2 FBG温度、应变传感性能分析

3．2．1 温度的灵敏度

3．2．2 轴向上应力的灵敏度

3．3 FBG检测系统测试实验

3．3．1 测试实验的准备

3．3．2 测试实验中温度与应变交叉敏感解耦方法

3．3．3 测试实验结果分析

3．4 大锥环原位固化过程检测方案

3．4．1 总体方案

3．4．2 FBG传感系统结构设计

3．4．3 光纤滑环的安装与使用

3．5 本章小结

第4章 原位固化过程的数值模拟分析

4．1 原位内固化数值模拟分析

4．1．1 温度场分析

4．1．2 固化度场分析

4．2 原位后固化数值模拟分析

4．2．1 温度场分析

4．2．2 固化度场分析

4．3 数值模拟与检测结果对比分析

4．3．1 温度对比分析

4．3．2 应力／应变对比分析

4．4 原位固化结束后的变形分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢