[發(fā)明專利]一種碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料熱固化成型的電磁感應(yīng)加熱方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011082045.X
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112153768B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃成;黃鏡霖;許家忠
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: B29C35/02
• 分類號: B29C35/02;H05B6/06;H05B6/42
• 代理公司: 北京圣州專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11818
• 代理人: 朱芳斌

1.一種碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料熱固化成型的電磁感應(yīng)加熱方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)進(jìn)行電磁感應(yīng)加熱技術(shù)優(yōu)化，將軟磁可塑復(fù)合材料與可高溫應(yīng)用的升級感應(yīng)利茲線組合建立可加熱大型平面和曲面結(jié)構(gòu)的高效電磁感應(yīng)加熱器，利用已提取出合適工作點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)電流解耦的行波感應(yīng)加熱技術(shù)設(shè)計(jì)電磁感應(yīng)均勻加熱模式；

2)針對上述電磁感應(yīng)均勻加熱模式利用于兩個(gè)相同的變頻器和CompactRIO系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠?qū)Ω咝щ姶鸥袘?yīng)加熱器電磁行為進(jìn)行精準(zhǔn)控制的閉環(huán)實(shí)時(shí)電力電子控制系統(tǒng)；

其中，閉環(huán)實(shí)時(shí)電力電子控制系統(tǒng)控制方法為：

a.根據(jù)采用的電磁感應(yīng)均勻加熱模式，圍繞兩個(gè)相同的可進(jìn)行獨(dú)立通道擴(kuò)展的變頻器VFD構(gòu)建閉環(huán)實(shí)時(shí)電力電子控制系統(tǒng)；

b.利用CompactRIO系統(tǒng)具備并行處理數(shù)據(jù)能力和可采用LabVIEW圖形化開發(fā)工具對其進(jìn)行編程的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)通過CompactRIO系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集卡與控制信號和傳感器連接的交互模式，并基于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對閉環(huán)實(shí)時(shí)電力電子控制系統(tǒng)各個(gè)部分的監(jiān)控和調(diào)節(jié)；

c.利用差分探頭和閉環(huán)電流傳感器測量系統(tǒng)的電壓和電流，并依此計(jì)算有功功率：

；

d.利用熱像儀測量工件的表面溫度，為工件吸收功率的計(jì)算提供熱像圖溫度分布數(shù)據(jù)；

3)通過Finite Element Method Magnetics程序分析得出高效電磁感應(yīng)加熱器參數(shù)調(diào)整依據(jù)，引入數(shù)據(jù)同化方法以獲取工件內(nèi)部狀態(tài)信息，閉環(huán)實(shí)時(shí)電力電子控制系統(tǒng)根據(jù)反饋的電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)參數(shù)和工件內(nèi)部狀態(tài)信息，完成對高效電磁感應(yīng)加熱器加熱過程的控制和修正，實(shí)現(xiàn)對碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料電磁感應(yīng)加熱固化成型工藝的優(yōu)化；

其中，對高效電磁感應(yīng)加熱器加熱過程的控制和修正的方法為：

a.利用Finite Element Method Magnetics程序計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確、方便與Matlab連接、以及能夠很好表示升級感應(yīng)利茲線的優(yōu)點(diǎn)，基于該程序?qū)Ω咝щ姶鸥袘?yīng)加熱器的電磁行為進(jìn)行研究；

b.通過修改Matlab中有限元模型調(diào)整電流和電感器波長，分析高效電磁感應(yīng)加熱器電流幅值、相位角與工件中功率密度的關(guān)系、以及高效電磁感應(yīng)加熱器波長與電磁感應(yīng)均勻加熱模式的關(guān)系，進(jìn)一步開發(fā)一個(gè)根據(jù)以前結(jié)果更新幾何形狀或其他參數(shù)的Matlab函數(shù)庫，為已選定幾何形狀的高效電磁感應(yīng)加熱器提供所需電磁行為信息，為碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料電磁感應(yīng)加熱固化成型工藝優(yōu)化提供參數(shù)調(diào)整依據(jù)；

c.利用有限元方法求解考慮內(nèi)部固化反應(yīng)熱的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料電磁感應(yīng)加熱固化成型工藝的模擬方程，將集合卡爾曼濾波方法作為數(shù)據(jù)同化方法狀態(tài)估計(jì)工具，通過數(shù)值模擬對數(shù)據(jù)同化方法狀態(tài)變量工件溫度和導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行更新，融合由熱像儀測量的表面溫度值對狀態(tài)變量進(jìn)行濾波，完成對工件溫度分布和導(dǎo)熱系數(shù)趨勢的最優(yōu)估計(jì)，并依據(jù)溫度分布估計(jì)值計(jì)算工件吸收功率：

；

；

為碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料電磁感應(yīng)加熱固化成型工藝優(yōu)化提供所需工件內(nèi)部狀態(tài)信息；

d.將高效電磁感應(yīng)加熱器電磁行為信息和工件吸收功率信息反饋到閉環(huán)實(shí)時(shí)電力電子控制系統(tǒng)，閉環(huán)實(shí)時(shí)電力電子控制系統(tǒng)根據(jù)反饋的信息利用函數(shù)發(fā)生器生成相應(yīng)控制指令對高效電磁感應(yīng)加熱器加熱過程進(jìn)行控制和修正，實(shí)現(xiàn)對碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料電磁感應(yīng)加熱固化成型工藝的優(yōu)化。