CFRP拉挤工艺过程数值模拟及优化

论文摘要

拉挤工艺作为一种复合材料生产工艺,由于可实现连续生产、制品纤维含量高、产品的质量稳定性好、生产过程中不产生边角废料等优点,近年来越来越受到人们的重视,得到很快的发展。但是,传统的拉挤工艺参数都是建立在经验的基础上,制品质量主要取决于工人操作的熟练程度,不能系统地给出工艺参数与固化度之间的具体关系,严重影响和制约拉挤工艺的进一步发展。随着计算机的不断发展,计算机技术正在越来越多地应用于材料分析和设计中。这对于节约成本、提高劳动生产率、缩短产品研制周期等方面具有十分积极的意义,也是未来材料分析和设计的发展趋势。拉挤制品的性能主要取决于制品的固化程度,本文主要对拉挤工艺固化过程进行研究,通过分析固化过程中温度场的变化,来研究模具温度和牵引速度这两个主要工艺参数对固化度的影响。根据相关知识建立起温度场的数学模型,利用计算机对该过程进行数值模拟,再利用人工神经网络,对模拟所得到的数据进行训练,建立起拉挤工艺参数与制品质量、固化度等之间的对应关系,即相应的数学模型。然后,根据所建立的数学模型,结合遗传算法,按照固化度要求,即可得到最优的工艺参数。本文对拉挤工艺过程的研究虽然是以数值模拟和理论分析为基础,但通过与以往实验数据和大量文献对比发现,所得到的数据与实际值能够很好的吻合,从而证明了该方法的有效性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景目的和意义
• 1.1.1 课题的背景
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 拉挤工艺国内外研究现状
• 1.2.1 国外的发展情况及其主要研究内容
• 1.2.2 国内的发展情况及其主要研究内容
• 1.3 人工神经网络国内外研究现状
• 1.3.1 国外发展情况及其主要研究内容
• 1.3.2 国内发展情况及其主要研究内容
• 1.4 遗传算法的发展情况
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 固化过程的温度场和化学反应动力学模型
• 2.1 温度场的研究及其数学模型的建立
• 2.1.1 导热基本定律
• 2.1.2 热传导基本的微分方程
• 2.1.3 导热过程的单值性条件
• 2.2 环氧树脂固化及化学反应动力学
• 2.2.1 树脂固化原理
• 2.2.2 树脂化学反应放热及动力学研究
• 2.3 温度场解析
• 2.4 本章小结
• 第3章 应用DSC确定固化反应动力学参数
• 3.1 差示扫描量热分析（DSC）技术
• 3.1.1 DSC的工作原理
• 3.1.2 DSC技术的特点
• 3.2 固化过程差示扫描量热分析
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验仪器选定
• 3.2.3 实验步骤
• 3.2.4 实验数据整理及结果分析
• 3.2.5 固化反应动力学参数的确定
• 3.3 本章小结
• 第4章 拉挤工艺固化过程数值模拟
• 4.1 有限单元法
• 4.1.1 有限单元法的基本思想
• 4.1.2 有限单元法的分析计算思路
• 4.2 温度场的有限元分析
• 4.2.1 温度场的变分计算
• 4.2.2 近似算法
• 4.2.3 时间的离散化
• 4.2.4 固化温度和固化度的耦合
• 4.3 用ANSYS对温度场进行数值模拟
• 4.3.1 ANSYS简介
• 4.3.2 利用ANSYS进行数值模拟
• 4.4 本章小结
• 第5章 拉挤工艺参数优化研究
• 5.1 人工神经网络及遗传算法简介
• 5.1.1 人工神经网络简介
• 5.1.2 遗传算法简介
• 5.2 对拉挤工艺参数进行优化
• 5.2.1 应用人工神经网络进行训练
• 5.2.2 应用遗传算法进行参数优化
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
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• 致谢