玻璃钢拉挤工艺过程非稳态温度场与固化度数值模拟与试验

       玻璃钢拉挤成型过程中其固化度和温度变化为强耦合关系。根据固化动力学和传热学理论，建立了非稳态温度场与固化动力学数学模型。通过示差扫描量热实验计算出模型中固化动力学参数。采用有限元与有限差分相结合的方法，依据AN SYS求解耦合场的间接耦合法编制了计算程序，对拉挤工艺不同工况玻璃钢非稳态温度场和固化度进行数值模拟。采用特殊设计制作的铝毛细管封装的布拉格光栅光纤传感器屏蔽了荷载效应应变干扰，对玻璃钢温度场进行实时检测：采用索氏萃取实验测定玻璃钢制品固化度。实验表明，模拟与实验结果基本吻合。为避开繁多试凑性实验而进行工艺过程优化提供理论依据。

      玻璃钢拉挤成型工艺是将连续玻璃纤维进行树脂浸渍后，通过具有特定截面形状的模具和固化炉，连续固化成型，最后截断成所需长度。拉挤工艺具有可生产任意长度的异型截面制品、工艺过程连续、生产率和原材料利用率高等特点。其制品纵向比强度比模量高，在航空航天、建筑、桥梁、石化、体育等方面得到了广泛应用。拉挤工艺的增长率在近十年来一直位于国内外玻璃钢各种成型工艺的前列。

      目前玻璃钢拉挤工艺参数（加热温度、牵引速度等）是根据经验或‘铽凑性试验’确定。试验周期长、耗资费力，且科学性不足。优化拉挤工艺对提高产品质量和生产率，以及降低能耗至关重要。对拉挤工艺过程进行计算机数值模拟，可为工艺过程优化提供理论依据，而且经济快捷。

      玻璃钢拉挤过程是动态连续的，包括热传导和固化反应两种过程。由于固化动力学方程中含有温度变量，求固化度时要求温度已知；而热传导过程中内热源（固化反应放热）又是固化度的函数，求温度时又要求固化度已知。因此，玻璃钢在拉挤过程中固化度与温度间是一种强耦合关系，使求解变得复杂困难。本文根据固化动力学和热传导理论，建立了非稳态温度场与固化度动力学模型。通过差示扫描量热(D SC)实验得出树脂固化动力学参数。运用有限元与有限差分相结合的方法，依据AN SYS求解耦合场的间接耦合法，编制了计算程序，对拉挤工艺过程不同工况玻璃钢非稳态温度场和固化度进行数值模拟。采用专门设计制作的铝毛细管封装的布拉格光栅光纤(FB G)传感器对玻璃钢内部非稳态温度场进行实时动态检测，并根据国家标准CB2576-89采用索氏萃取实验测定玻璃钢制品固化度。模拟结果与实验结果基本吻合。为取代传统试凑性试验优化玻璃钢拉挤工艺提供了科学快捷的理论依据。

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