工艺与制造英文2021被引 7
热塑性复合材料感应焊接加热机制的微观级建模
Microscopic level modeling of induction welding heating mechanisms in thermoplastic composites
Darun Barazanchy, Michel van Tooren, Mohammod Ali · University of South Carolina
摘要整理
通过电磁感应加热连续导电纤维增强复合材料的仿真与分析，验证了主导加热过程物理机制的一系列假设。采用ANSYS Maxwell软件在微观尺度研究了碳纤维在交变电磁场中的行为，利用固体损耗量化复合材料中的热生成。为减少单元数量，采用多面体截面而非圆形截面对纤维进行建模，每层纤维建模为20根并排放置的纤维阵列。仿真结果表明，0°/90°纤维取向样品的固体损耗显著高于单一0°取向样品，但两种情况下的损耗均不足以解释实际观测到的加热水平。在纤维体积分数相同的条件下，纤维间隙填充聚合物的样品产生的固体损耗大于无聚合物样品。实验测定了聚合物的导电率，横向电阻值相对较低，表明复合材料中的聚合物不应视为绝缘体。仿真结果表明，热塑性复合材料在交变磁场中的加热主要依赖于通过聚合物的电流。若无聚合物及其导电性，即使电场强度很大也几乎不产生热量。碳纤维需要彼此接近以产生诱导聚合物中电流的电场。加热功率由电流密度平方与聚合物电阻率的乘积决定。
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