热气枪辅助自动纤维铺放工艺中对流换热系数的确定

摘要整理

热塑性复合材料的原位制造采用自动纤维铺放（AFP）工艺，包括加热、固结和冷却阶段。在加热阶段，热气枪作为移动热源对进料带和基体进行加热，使其温度升至热塑性基体熔点以上。热气流与复合材料之间发生对流换热，其中对流换热系数h对热传递机制起重要作用，进而显著影响沉积层沿长度、宽度和厚度方向的温度分布。温度是AFP原位固结中最重要的工艺参数，直接影响界面结合质量、结晶行为和固结效果。虽然已知对流换热系数h不是常数而具有分布特性，但大多数研究在热传递分析中假设h为常数，导致数值模拟与实验结果存在偏差。本研究提出了一个新函数来近似咬合点附近对流换热系数h的分布规律。基于所提出的对流换热系数分布，建立三维有限元瞬态热传递模型预测复合材料制件的温度分布。采用优化算法确定分布函数的自由参数，使预测温度与实验数据相匹配。结果表明，与假设h为常数的其他研究不同，不仅最高温度预测准确，而且预测的加热和冷却曲线与实验结果吻合良好。冷却速率对结晶行为和残余应力计算具有重要意义。

相关论文