论文题目: LCM技术在线监控体系的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 祝颖丹
导师: 王继辉
关键词: 复合材料液体模塑成型,渗透率,光纤光栅传感器,传感器优化布置,在线监控
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 先进复合材料是一类极为重要的新材料。然而,由于成本过高等原因,其应用受到了很大的限制。因此,如何发展新的制造技术、降低高品质复合材料的制造成本,是一个急待解决的高技术问题。复合材料液体模塑成型技术(Liquid Composite Molding,简称LCM)可一步浸渗成型带有夹芯、加筋、预埋件的大型结构功能件,具有固有的高性能低成本制造优势,是先进复合材料低成本制备技术的主要发展方向。本文在国家863计划项目(2001AA335020)资助下,根据高性能低成本LCM集成制造技术的发展需求,重点对LCM成型过程在线监控进行了系统的研究。 本文对复合材料液体模塑成型技术的国内外研究现状进行了全面的评述,对LCM成型过程进行了数值模拟仿真,研究了单根纤维束内的微观流动及主要工艺参数、测试方法以及常见纤维铺敷缺陷对纤维预成型体渗透特性的影响规律,采用长短双周期光纤光栅实现了LCM成型过程的流动前沿-固化过程等多功能一体化实时监控,提出了采用遗传算法实现传感器优化布置的方法,最后,在这一系列的研究基础上,建立了一套初步的LCM在线监控原型系统,主要取得如下成果: (1)通过对LCM成型过程中压力场、速度场、温度场和转化率变化的定量描述,给出预测树脂的流动前锋扩展及固化过程的数值方法,采用三角形单元和六节点楔形单元控制体/有限元算法进行了LCM充模过程以及固化过程的二维、三维数值分析,同时通过算例和实验对数值模拟仿真进行了验证。 (2)研究了单根纤维束内的微观流动及数值模拟、主要工艺参数(织物织构、纤维体积含量、温度、毛细压力、注射压力/速度等)、测试方法以及常见纤维铺敷缺陷(边缘效应)对纤维预成型体渗透特性的影响规律及数值模拟,为准确预测预成型体渗透率、提高LCM技术模拟仿真精度、减少和避免缺陷的产生以及优化工艺参数提供必要的理论和技术基础。 (3)采用长短双周期光纤光栅及双光栅矩阵运算法解决树脂流动前沿及树脂固化过程中温度(粘度)、应力等交叉敏感参数的传感测量,并可定性观察到凝胶、固化结束、降温阶段等关键性变化过程,实现了LCM流动前沿-固化过程等
论文目录:
摘要
ABSTRCT
第一章 绪论
§1．1 复合材料成型技术发展概况
§1．2 复合材料液体模塑成型技术的研究现状
§1．2．1 LCM技术原理及特点
§1．2．2 LCM技术的国内外发展概况
§1．2．3 LCM技术存在的问题
§1．2．4 LCM成型过程模拟仿真
§1．2．5 纤维预成型体渗透特性
§1．2．6 LCM传感监控技术
§1．3 论文研究的意义和内容
§1．3．1 论文研究的意义
§1．3．2 论文研究的内容
第二章 LCM数值模拟仿真研究
§2．1 LCM充模过程数值模拟
§2．1．1 充模过程数学模型的建立
§2．1．2 有限元格式的构造
§2．1．2．1 二维问题的处理
§2．1．2．2 三维问题的处理
§2．1．3 边界条件及流动前沿的处理
§2．2 LCM固化过程数值模拟
§2．2．1 固化过程数学模型的建立
§2．2．2 有限元离散化法
§2．3 数值算例及实验验证
§2．3．1 LCM充模过程模拟算例及实验验证
§2．3．1．1 数值算例
§2．3．1．2 LCM充模实验验证
§2．3．2 LCM固化过程模拟实例验证
§2．4 小结
第三章 纤维预成型体渗透特性研究
§3．1 实验材料及性能测试仪器
§3．1．1 实验材料
§3．1．2 性能测试仪器
§3．2 单根纤维束轴向渗透的研究
§3．2．1 材料性能测试
§3．2．2 单根纤维束轴向渗透实验
§3．2．3 单根纤维束轴向渗透数学模型的建立
§3．2．4 实验结果与数值分析
§3．3 纤维预成型体表观渗透率的研究
§3．3．1 表观渗透率的测试
§3．3．2 工艺参数及测试方法对纤维预成型体表观渗透性能的影响
§3．3．2．1 纤维体积含量和织构对表观渗透性的影响
§3．3．2．2 温度对表观渗透率的影响
§3．3．2．3 毛细压力对表观渗透率的影响
§3．3．2．4 注射压力对表观渗透率的影响
§3．3．2．5 测试方法对表观渗透率的影响
§3．4 边缘效应的研究
§3．4．1 实验方法
§3．4．2 等效渗透率的理论模型
§3．4．3 等效渗透率的模拟与表征
§3．4．4 面内横向流动分析
§3．5 小结
第四章 光纤光栅传感器监测技术
§4．1 光纤光栅传感器的传感原理
§4．2 长周期光纤光栅传感器流动监测技术
§4．2．1 实验材料
§4．2．2 实验内容
§4．2．3 实验结果与分析
§4．3 光纤光栅传感器固化监测技术
§4．3．1 光纤光栅传感器固化监测原理
§4．3．2 实验材料
§4．3．3 实验内容
§4．3．3．1 FBG温度响应
§4．3．3．2 FBG应变响应
§4．3．3．3 树脂固化过程的监测
§4．3．4 实验结果与分析
§4．3．4．1 FBG温度灵敏系数
§4．3．4．2 FBG应变灵敏系数
§4．3．4．3 树脂固化过程的监测
§4．4 小结
第五章 传感器优化布置方法的研究
§5．1 传感器优化布置理论
§5．1．1 LCM技术数值模拟仿真与传感器响应模拟
§5．1．2 传感器性能评价理论
§5．2 利用遗传算法进行优化布置求解
§5．2．1 遗传算法的基本思想和一般结构
§5．2．2 基于基本遗传算法的程序设计
§5．3 实例研究
§5．3．1 正方形模腔充模模拟
§5．3．2 结果与分析
§5．3．3 传感器优化布置方法的评价
§5．4 小结
第六章 LCM在线监控原型系统及实验研究
§6．1 LCM在线监控原型系统的建立
§6．1．1 LOSP开发环境和工具
§6．1．2 LOSP界面的组成和功能
§6．1．2．1 Cavity／Gate／Vent／Sensor显示部分
§6．1．2．2 原始Gate／Vent信息部分
§6．1．2．3 措施Gate／Vent信息部分
§6．1．2．4 传感器响应捕捉信息部分
§6．1．2．5 充模模式显示部分
§6．1．2．6 固化信息部分
§6．1．2．7 数据存储部分
§6．2 LCM在线监控原型系统操作流程
§6．3 实例研究
§6．3．1 简单模腔实验
§6．3．1．1 模腔信息及参数设置
§6．3．1．2 充模模式及传感器的设置
§6．3．1．3 充模模式判断策略的设置
§6．3．1．4 LOSP在线视窗化监控
§6．3．2 复杂模腔实验
§6．3．2．1 模腔信息及参数设置
§6．3．2．2 充模模式及传感器的设置
§6．3．2．3 充模模式判断和措施策略的设置
§6．3．2．4 LOSP在线视窗化监控
§6．4 小结
第七章 结论与展望
§7．1 结论
§7．2 展望
参考文献
致谢
附录1：作者在攻读博士学位期间主要发表的学术论文
附录2：作者在攻读博士学位期间参加的科研项目
发布时间: 2005-10-11
参考文献
- [1].液态成型用高性能定型剂研制与预成型技术研究[D]. 乌云其其格.北京航空材料研究院2006
- [2].纤维预成型体中环氧树脂—固化剂反应体系流动浸渍行为研究[D]. 代晓青.国防科学技术大学2010
- [3].复合材料RTM工艺充模过程数值仿真与缺陷预测研究[D]. 杨波.哈尔滨工业大学2015
- [4].厚截面碳纤维复合材料VIMP工艺制备与性能研究[D]. 杨金水.国防科学技术大学2012
相关论文
- [1].三维编织复合材料性能及工艺的光纤测试技术研究[D]. 黄睿.南京航空航天大学2002
- [2].大坝安全监控感智融合理论和方法及应用研究[D]. 苏怀智.河海大学2002
- [3].智能桥梁结构健康监测的研究[D]. 孙全胜.东北林业大学2005
- [4].RTM成型用高性能苯并恶嗪树脂的分子设计、制备及性能研究[D]. 向海.四川大学2005
- [5].基于荧光光纤光栅的应变与温度同时测试技术[D]. 孙伟民.哈尔滨工程大学2005
- [6].动态过程数据的多变量统计监控方法研究[D]. 刘育明.浙江大学2006
- [7].树脂传递模塑工艺过程的数值模拟[D]. 杨俊英.山东大学2007
- [8].复合材料液态成型工艺与性能的模拟及其计算方法研究[D]. 杨梅.武汉理工大学2007
- [9].机织增强材料渗透率的分形研究[D]. 钱坤.东华大学2007
- [10].SRIM工艺与制品性能研究[D]. 唐红艳.武汉理工大学2007
标签：复合材料液体模塑成型论文; 渗透率论文; 光纤光栅传感器论文; 传感器优化布置论文; 在线监控论文;