1 ·引言
       高壓玻璃鋼管道固化成型工藝自傳統固化工藝改進而來，目前已經在玻璃鋼管道生產中得到了廣泛應用［1］。與傳統固化工藝相比，該工藝由于采用內部加熱方式，因此更加適合于高壓管道的制造［2，3］。玻璃鋼管道主要靠纖維承壓，采用樹脂充當粘合劑，因此對于高壓殼體的生產，要嚴格控制樹脂的含量［4］。如圖1 所示，根據樹脂的黏度特性，控制樹脂含量即為控制管道固化過程中內部溫度［5］，根據本文所選用樹脂的黏度特性，期望的溫度范圍為70 ～ 90℃。
     
       影響正在纏繞的玻璃鋼管道外表面溫度的因素眾多，其中芯模的加溫歷程對其影響最大。本文利用有限元軟件ANSYS 和APDL 語言開發了數值模擬程序，對采用傳統恒溫加熱的熱芯纏繞工藝纏繞過程( 以下簡稱纏繞過程) 進行了數值模擬，分析了外表面溫度受加溫歷程影響規律，繼而優化纏繞過程的加溫歷程使復合材料外表面溫度在期望的范圍內。
      2· 數值模擬
      以纏繞20 層、厚度為6. 6mm、纖維體積含量為60%的DN65 高壓玻璃鋼管道為例，按照60s /層的纏繞速率進行纏繞。對該固化成型工藝進行數值模擬仿真及分析。材料的熱學性質和固化動力學參數分別如表1、表2 所示。
    
       玻璃鋼管道含膠量的控制實質上就是纏繞過程中外表面溫度的控制，而纏繞過程的加溫歷程是影響外表面溫度的重要因素。因此本文根據傳統的恒溫加熱對纏繞過程進行數值模擬，分析了纏繞過程中溫度、放熱反應強度的分布和外表面溫度的變化規律。傳統的恒溫加熱在纏繞第1 層時芯模以65℃ /min 的升溫速率從室溫35℃升高到100℃，在纏繞接下來的19 層時芯模溫度恒定在100℃，仿真所得第1 層、2 層、5 層、7 層、10 層、15 層和20 層外表面中心節點的溫度隨時間變化曲線如圖2 所示。
    
       3 ·纏繞過程加溫歷程的優化
       為了清楚地分析纏繞過程中管道外表面溫度變化規律，本文將纏繞下一層時，殼體前一層外表面中心節點的溫度( 以下簡稱纏繞過程中管道的外表面溫度) 列為表3。
    
       由表3 可見，第2、3 層外表面的溫度超出了工藝要求的最高溫度90℃。隨著纏繞的繼續，外表面的溫度逐漸降低，第11 層外表面溫度已經低于工藝要求的最低溫度70℃，此時外表面的黏度增大，不利于樹脂更好地浸漬纖維，也不利于多余樹脂的排出。由此可見，實際生產中所使用的纏繞過程中的加溫歷程是不合理的。基于上述問題，本文通過優化纏繞過程的加溫歷程( 分為a、b、c 三個階段) 來控制管道的外表面溫度，使其始終維持在工藝要求的溫度范圍內。優化后和優化前的溫度對比如圖3 所示，由圖可見優化后的溫度始終控制在期望的范圍內。
    
       4 ·結論
       本文利用有限元軟件ANSYS 和APDL 語言開發了數值模擬程序，對高壓玻璃鋼管道的固化成型過程進行了數值模擬，分析了纏繞過程中管道外表面溫度的變化規律，對采用傳統恒溫加熱的纏繞過程進行了優化，保證了在纏繞過程中管道外表面溫度始終在工藝要求的范圍內，從而提高高壓玻璃鋼管道的耐壓能力。