[發明專利]一種碳纖維增強復合材料熱固化成型的電磁感應加熱方法

有效

• 申請號: 202011082045.X
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112153768B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 黃成;黃鏡霖;許家忠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 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所(普通合伙) 11818
• 代理人: 朱芳斌

本發明提出一種碳纖維增強復合材料熱固化成型的電磁感應加熱方法，所述方法包括以下步驟：(1)進行電磁感應加熱技術優化，將軟磁可塑復合材料與可高溫應用的升級感應利茲線組合建立可加熱大型平面和曲面結構的高效電磁感應加熱器，利用已提取出合適工作點和實現電流解耦的行波感應加熱技術設計電磁感應均勻加熱模式；(2)針對上述兩相行波感應加熱模式利用于兩個相同的變頻器和CompactRIO系統設計能夠對電磁感應加熱系統電磁行為進行精準控制的閉環電力電子控制系統；(3)通過Finite Element Method Magnetics程序分析得出電磁感應加熱系統參數調整依據，引入數據同化方法獲取工件內部狀態信息，電力電子控制系統根據反饋信息完成對電磁感應加熱系統加熱過程的控制、修正。

技術領域

本發明涉及復合材料熱固化成型領域，具體涉及一種碳纖維增強復合材料熱固化成型的電磁感應加熱方法。

背景技術

碳纖維增強復合材料制品具有輕質、高強、導電、導熱、耐腐蝕、耐高溫等優點，廣泛應用在交通、建筑、石化、能源、電子、農林等國民經濟建設和社會生活領域，在兵器、艦船、航空、航天等領域也已成為國防科技和武器裝備發展的重要基礎材料和技術基礎。復合材料制品是結構性能與工藝過程一體化的產品，其成型工藝過程直接決定了結構性能和最終成本，因此復合材料制品成型工藝研究得到了廣泛關注，而熱固化成型工藝作為成型工藝中的核心研究內容近年來更是被越來越多的學者所重視。

電磁感應加熱是一種通過交變磁場使被加熱工件表面和內部同時產生渦流而發熱的非接觸式加熱方式，可用于所有導電材料的快速直接加熱。相較于傳統加熱方式，電磁感應加熱方式具備了現代工業生產所需的大部分特性，即靈活性高、加熱速度快、無污染、高效節能、成本低以及潛在的加熱效率、節能等特性優化空間。因此，將電磁感應加熱技術應用到碳纖維增強復合材料熱固化成型，可以達到加熱速度快、成型時間短、高效節能的結果。盡管具有諸多優勢，但該熱技術往往受到加熱結構、加熱均勻性的限制，使得其在熱固化成型工藝應用中存在諸多需要解決的難題。開發閉環、實時的熱固化成型加熱控制系統迫在眉睫。

碳纖維增強復合材料制品的應用范圍極廣，采用先進的熱固化成型加熱技術和工藝優化方法進行高質量、低成本復合材料制品的高效制造具有非常重大的現實意義。此研究領域不僅有大量尚待解決的問題，更是切實符合國家近年來提出的“推動基礎科技研究以及科研轉化的發展方針”。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對現有電磁感應加熱技術難以加熱大的平面和曲面結構、熱量分布不均勻、加熱效率低的問題，提出一種碳纖維增強復合材料熱固化成型的電磁感應加熱方法，提高碳纖維增強復合材料的熱固化成型的品質與效率。

本發明的技術解決方案是：一種碳纖維增強復合材料熱固化成型的電磁感應加熱方法，步驟如下：

(1)進行電磁感應加熱技術優化，將軟磁可塑復合材料與可高溫應用的升級感應利茲線組合建立可加熱大型平面和曲面結構的高效電磁感應加熱器，利用已提取出合適工作點和實現電流解耦的行波感應加熱技術設計電磁感應均勻加熱模式；

(2)針對上述行波感應加熱模式利用于兩個相同的變頻器和CompactRIO系統設計能夠對電磁感應加熱系統電磁行為進行精準控制的閉環電力電子控制系統；

(3)通過Finite Element Method Magnetics程序分析得出電磁感應加熱系統參數調整依據，引入數據同化方法以獲取工件內部狀態信息，電力電子控制系統根據上述反饋信息完成對電磁感應加熱系統加熱過程的控制、修正，實現對電磁感應加熱固化成型工藝的優化。

進一步地，所述步驟(1)中電磁感應加熱技術優化步驟為：