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2009-03-12 來(lái)源:北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 瀏覽數(shù):2893
復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵動(dòng)部件,直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性有,要求具有長(zhǎng)期在戶外自然環(huán)境條件下使用的耐侯性和合理的價(jià)格。因此,葉片的設(shè)計(jì)和質(zhì)量十分重要,被視為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)水平代表。傳統(tǒng)復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電楓葉片多采用手糊工藝(Handlay-up)制造。手糊工藝生產(chǎn)內(nèi)機(jī)葉片的主要缺點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量強(qiáng)烈依賴于工人的操作熟練積蓄及環(huán)境條件,生產(chǎn)效率低而且產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大,產(chǎn)品的動(dòng)靜平衡保證性差,廢品率高。葉片在使用過(guò)程是由于手糊工藝過(guò)程中的含膠量不均勻、斷裂和葉片變形等問(wèn)題。此外,手糊工藝過(guò)程伴有大量有害物質(zhì)和溶劑的釋放,有環(huán)境污染問(wèn)題。因此,目前國(guó)外高質(zhì)量復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片往往采用RTM(聚胺酯反應(yīng)注射成型)、RTM、纏繞及預(yù)浸料/熱壓工藝制造。其中RTM工藝適宜中小尺寸風(fēng)機(jī)葉征是首先在模腔中鋪放好按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)好的增強(qiáng)材料預(yù)成型體(Preform),采用注射設(shè)備將專用低粘度注射樹(shù)脂體系注入閉合模腔,排氣系統(tǒng)保證樹(shù)脂流動(dòng)順暢并排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤(rùn)纖維,并且模具的加熱系統(tǒng)可使樹(shù)脂加熱固化而成型復(fù)合材料構(gòu)件。RTM工藝屬于半機(jī)械化的復(fù)合材料成型工藝,特別適宜一次整體成型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片,無(wú)需二次粘接。與手糊工藝相比,其節(jié)約各種工裝設(shè)備、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低。同時(shí)由于采用低粘度樹(shù)浸潤(rùn)纖維以及加溫固化工藝,復(fù)合材料質(zhì)量高,且RTM工藝生產(chǎn)較少依賴工人的技術(shù)水平,工藝質(zhì)量?jī)H僅依賴預(yù)先確定好的工藝參數(shù),產(chǎn)品質(zhì)量易于保證,廢品率低。
RTM工藝的技術(shù)含量高,無(wú)論是模具設(shè)計(jì)和制造、增強(qiáng)材料的設(shè)計(jì)和鋪放、樹(shù)脂類型的選擇與改性、工藝參數(shù)(如注射壓力、溫度、樹(shù)脂粘度等)的確定與實(shí)施,都需要在產(chǎn)品生產(chǎn)前通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)確定。模擬似真作為RTM工藝的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展迅速,等溫和非等溫條件下一維、二維、三維的模擬仿真模型已經(jīng)被提出。江順亮采用了RTM工藝自主開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng),成功地產(chǎn)現(xiàn)了RTM工藝中樹(shù)脂流動(dòng)充模過(guò)程的模擬仿真。模擬仿真步驟:首先利用RAT-RAN軟件建立構(gòu)件的有限元模型;然后將有限元模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算軟件中進(jìn)行計(jì)算;最后再利用PATRAN軟件對(duì)計(jì)算所得數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理,并實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)和壓力場(chǎng)的顯示。通過(guò)專業(yè)分析進(jìn)而對(duì)具體工的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
1 數(shù)學(xué)模型
在RTM工藝中假設(shè)預(yù)先鋪設(shè)在模腔中的纖維增強(qiáng)材料為剛性體,樹(shù)脂為不可壓縮牛頓流體,忽略表面張力的影響;由于模腔尺寸遠(yuǎn)大于纖維氈的孔隙,因此樹(shù)脂在閉合模腔中的流動(dòng)行為可用牛頓流體通過(guò)多孔介質(zhì)的流動(dòng)過(guò)程來(lái)描述,描述樹(shù)脂流動(dòng)行為的達(dá)西定律可表示為:
其中:u、v和w是3個(gè)速度分量,kij(i,j=x,y,z)
笛卡兒坐標(biāo)下滲透率張量。假設(shè)樹(shù)脂和纖維的密度不變,即樹(shù)脂為不可壓縮流體,為了保持枝脂的質(zhì)量平衡,速度場(chǎng)必須滿足散度條件:
【延伸閱讀】
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