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真空辅助成型工艺制作风机叶片工艺设计的充模模拟

作　者: 汤扬阁
导　师: 刘进荣
学　校: 内蒙古工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 真空辅助成型风机叶片模拟渗透率流道
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

真空辅助成型（VacuumAssisted Resin Infusion，VARI）是一种新型的低成本、高性能复合材料成型技术。由于其成本低、制品性能好、环境友好等独特的优势，已成功应用于风力发电机叶片制造领域。利用VARI工艺制造1.5MW风机叶片，由于叶片尺寸大，工艺复杂，影响因素多等特点造成重复生产叶片质量不稳定，其中增强材料渗透率是影响充模模拟的主要因素之一。本文以优化渗透率为核心，利用计算机辅助成型技术对40.3米风机叶片充模过程进行模拟，模拟优化的设计方案在指导实际生产过程中取得良好效果。利用单向非饱和流动法分别测量了单向复合毡、双轴向纤维布、多轴向纤维布、连续粘的渗透率。利用实验测得的渗透率值进行充模模拟，得到了模拟过程中流动前锋与充模时间的关系和实验过程中树脂流动前锋与充模时间的关系之间的相对误差，其中三轴向布和连续粘具有较大的耗时误差。将试错法应用到充模模拟中，通过调整玻璃纤维布的渗透率，实现充模模拟时间与实验时间相匹配，达到了采用充模模拟的方法对渗透率值进行优化的目的。以优化后的渗透率为基础，计算风机叶片的根部、主梁、三明治夹心结构和叶片两翼等各部位的等效渗透率，利用等效渗透率值进行整体机型的充模模拟，发现优化渗透率值更贴近实际情况，为渗透率数据库的建立提供了依据。运用有限元/控制体积法模拟分析了1.5MW风机叶片真空辅助成型的过程，确定了根部工艺的最佳方案，比较了不同导胶管间距下的充模时间，获得了不同时刻树脂流动前沿位置和压力分布，得到根部设计方案为布置两条间距为487mm的对称管道。根据制作大型叶片的VARI工艺参数，依据实验和优化得到的叶片各结构渗透率，结合根部流道布置方案，对五种风机叶片整体流道设计方案进行模拟得到最佳流道设计方案为根部布置间距为487mm的两条管道，沿着叶片长度方向布置三条注射流道，注射口数量为19个，两端抽气，溢料口数量为14个进行充模成型。根据充模模拟所得的最佳工艺设计方案，设计并生产了1.5MW风机叶片，实际充模时间为3小时38分钟，与充模模拟结果相差16分钟。整个风机叶片质量良好，力学性能达标。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 风机叶片的研究现状  8-9
  1.2 真空辅助成型工艺制造风机叶片的应用  9-11
    1.2.1 风机叶片的成型工艺发展历程  9-10
    1.2.2 VARI 工艺制造风机叶片的成型工艺分析  10-11
  1.3 VARI 工艺树脂充模模拟的研究状况  11-14
  1.4 本文研究内容及意义  14-16
第二章风机叶片增强材料渗透率  16-38
  2.1 增强材料的渗透率实验测定  16-28
    2.1.1. 测试方法的选择  16-17
    2.1.2. 测试工艺的确定  17-19
    2.1.3. 实验材料与仪器和实验步骤  19-21
    2.1.4. 玻璃纤维布的渗透率  21-28
  2.2 增强材料渗透率的模拟优化  28-34
    2.2.1. 数学模型的建立  28-29
    2.2.2. 建模模拟及渗透率值优化  29-34
    2.2.3. 夹心材料的渗透率  34
  2.3 风机叶片的等效渗透率  34-37
  2.4 本章小结  37-38
第三章 VARI 工艺充模过程的仿真模拟  38-50
  3.1 VARI 工艺模拟风机叶片根部  38-41
    3.1.1 叶片根部的模型建立  39
    3.1.2 根部导胶管间距的选择  39-41
  3.2 1.5MW 风机叶片整体机型的充模模拟  41-49
    3.2.1 建模与划分网格  41-42
    3.2.2 方案设计  42-45
    3.2.3 整体机型的模拟结果与分析  45-47
    3.2.4 渗透率优化结果的验证  47-49
  3.3 本章小结  49-50
第四章结论与展望  50-52
  4.1 结论  50-51
  4.2 展望  51-52
参考文献  52-55
致谢  55-56
作者简介  56

真空辅助成型工艺制作风机叶片工艺设计的充模模拟

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