1 ·引言
       高壓玻璃鋼管道固化成型工藝自傳統(tǒng)固化工藝改進(jìn)而來，目前已經(jīng)在玻璃鋼管道生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用［1］。與傳統(tǒng)固化工藝相比，該工藝由于采用內(nèi)部加熱方式，因此更加適合于高壓管道的制造［2，3］。玻璃鋼管道主要靠纖維承壓，采用樹脂充當(dāng)粘合劑，因此對于高壓殼體的生產(chǎn)，要嚴(yán)格控制樹脂的含量［4］。如圖1 所示，根據(jù)樹脂的黏度特性，控制樹脂含量即為控制管道固化過程中內(nèi)部溫度［5］，根據(jù)本文所選用樹脂的黏度特性，期望的溫度范圍為70 ～ 90℃。
     
       影響正在纏繞的玻璃鋼管道外表面溫度的因素眾多，其中芯模的加溫歷程對其影響最大。本文利用有限元軟件ANSYS 和APDL 語言開發(fā)了數(shù)值模擬程序，對采用傳統(tǒng)恒溫加熱的熱芯纏繞工藝?yán)p繞過程( 以下簡稱纏繞過程) 進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了外表面溫度受加溫歷程影響規(guī)律，繼而優(yōu)化纏繞過程的加溫歷程使復(fù)合材料外表面溫度在期望的范圍內(nèi)。
      2· 數(shù)值模擬
      以纏繞20 層、厚度為6. 6mm、纖維體積含量為60%的DN65 高壓玻璃鋼管道為例，按照60s /層的纏繞速率進(jìn)行纏繞。對該固化成型工藝進(jìn)行數(shù)值模擬仿真及分析。材料的熱學(xué)性質(zhì)和固化動力學(xué)參數(shù)分別如表1、表2 所示。
    
       玻璃鋼管道含膠量的控制實(shí)質(zhì)上就是纏繞過程中外表面溫度的控制，而纏繞過程的加溫歷程是影響外表面溫度的重要因素。因此本文根據(jù)傳統(tǒng)的恒溫加熱對纏繞過程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了纏繞過程中溫度、放熱反應(yīng)強(qiáng)度的分布和外表面溫度的變化規(guī)律。傳統(tǒng)的恒溫加熱在纏繞第1 層時芯模以65℃ /min 的升溫速率從室溫35℃升高到100℃，在纏繞接下來的19 層時芯模溫度恒定在100℃，仿真所得第1 層、2 層、5 層、7 層、10 層、15 層和20 層外表面中心節(jié)點(diǎn)的溫度隨時間變化曲線如圖2 所示。
    
       3 ·纏繞過程加溫歷程的優(yōu)化
       為了清楚地分析纏繞過程中管道外表面溫度變化規(guī)律，本文將纏繞下一層時，殼體前一層外表面中心節(jié)點(diǎn)的溫度( 以下簡稱纏繞過程中管道的外表面溫度) 列為表3。
    
       由表3 可見，第2、3 層外表面的溫度超出了工藝要求的最高溫度90℃。隨著纏繞的繼續(xù)，外表面的溫度逐漸降低，第11 層外表面溫度已經(jīng)低于工藝要求的最低溫度70℃，此時外表面的黏度增大，不利于樹脂更好地浸漬纖維，也不利于多余樹脂的排出。由此可見，實(shí)際生產(chǎn)中所使用的纏繞過程中的加溫歷程是不合理的。基于上述問題，本文通過優(yōu)化纏繞過程的加溫歷程( 分為a、b、c 三個階段) 來控制管道的外表面溫度，使其始終維持在工藝要求的溫度范圍內(nèi)。優(yōu)化后和優(yōu)化前的溫度對比如圖3 所示，由圖可見優(yōu)化后的溫度始終控制在期望的范圍內(nèi)。
    
       4 ·結(jié)論
       本文利用有限元軟件ANSYS 和APDL 語言開發(fā)了數(shù)值模擬程序，對高壓玻璃鋼管道的固化成型過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了纏繞過程中管道外表面溫度的變化規(guī)律，對采用傳統(tǒng)恒溫加熱的纏繞過程進(jìn)行了優(yōu)化，保證了在纏繞過程中管道外表面溫度始終在工藝要求的范圍內(nèi)，從而提高高壓玻璃鋼管道的耐壓能力。