碳纖維抽油桿拉擠過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、碳纖維連續(xù)抽油桿是一種新型的柔性抽油桿，它是以某種不飽和樹脂為基體，以碳纖維為增強材料，在高溫下交聯(lián)固化，通過拉擠成型工藝制成的高分子復合材料。拉擠成型是一種高效，經濟的高分子復合材料成型方法，合理的拉擠工藝參數(shù)的制定對獲得高性能的復合材料起著至關重要的作用，在拉擠過程諸多的變量中，拉擠模具內溫度和固化度的研究最為重要。 本文首先對前人關于拉擠模具內熱傳導和固化反應動力學理論進行了分析、比較，在合理的假設的基礎上，建立了適合碳纖

2、維抽油桿拉擠模具內溫度場和固化度分布的數(shù)學模型。 對熱傳導方程和固化度動力學方程進行數(shù)值分析，確定了拉擠模具內溫度和固化度屬于強耦合關系，然后運用虛位移原理，把熱傳導方程和固化動力學方程轉化為其相應的“弱形式”。使用有限元軟件IFEPG和Fortran語言為平臺開發(fā)出一計算機程序，并使用該程序預測拉擠模具內碳纖維抽油桿溫度和固化度的分布。給出了碳纖維抽油桿復合材料在拉擠模具內溫度和固化度變化的規(guī)律。 開發(fā)的計算程序能以云

3、圖，曲線，動畫的形式給出模具內復合材料每一點的溫度和固化度變化情況；基于IFEPG開發(fā)的計算機程序具有一定的開放性和通用行，不僅可以用來模擬碳纖維抽油桿的生產，在給定樹脂和纖維各種動力學參數(shù)和物理性能參數(shù)的情況下，還可以模擬其他不同形狀的拉擠產品的生產過程。 使用開發(fā)的計算機程序詳細的探討了各種拉擠工藝參數(shù)(模具溫度，模具厚度，拉擠速度，初始溫度等)對模具內溫度和固化度分布的影響。發(fā)現(xiàn)較高的模具溫度雖然可以提高復合材料的固化度，

4、但同時也容易造成材料內部與不過熱，產生殘余應力；初始溫度對材料最終的固化度分布影響不大，但是合理的初始溫度，有利于加工成型；較慢的拉擠速度可以明顯提高拉擠產品的固化度，隨著拉擠速度的降低模具內復合材料的最高溫度點想模具口偏移。 還探討了由樹脂固化產生的熱量對復合材料在模具內溫度和固化度分布的影響，發(fā)現(xiàn)內熱源對溫度和固化度的分布影響很大，即使很薄的拉擠產品也不能忽略內熱源的影響。 使用第三方軟件對開發(fā)的計算機程序進行了驗證