一种碳纤维复合材料固化过程监控管理方法及系统

摘要

本申请提供一种碳纤维复合材料固化过程监控管理方法及系统，包括：获取待加工复合材料的基础配料，并根据复合材料的加工需求确定固化参数；根据确定的固化参数对基础配料进行固化；在复合材料固化过程中，实时采集复合材料的状态数据；将采集的复合材料状态数据输入到预设的固化过程监控分析模型中，获取需要优化的固化参数数据；根据获取的需要优化的固化参数数据对固化参数进行优化。本申请实现了对碳纤维复合材料固化过程的自动化智能化监控，无需人工参与，节省了人力，根据固化过程的实际采集的反应数据，对固化过程中的固化参数反馈化的控制。

权利要求

1.一种碳纤维复合材料固化过程监控管理方法，其特征在于，包括：获取待加工复合材料的基础配料，并根据复合材料的加工需求确定固化参数；

根据确定的固化参数对基础配料进行固化；

在复合材料固化过程中，实时采集复合材料的状态数据；

将采集的复合材料状态数据输入到预设的固化过程监控分析模型中，获取需要优化的固化参数数据；

根据获取的需要优化的固化参数数据对固化参数进行优化；

其中，将不同时刻采集的外部施加压力数据输入到反馈控制分析模块中；

计算采集的外部施加压力数据与预设的理想状态值之间的差值；

判断计算的差值是否处于预设的阈值范围内，若是，则获取需要优化的固化参数数据；

否则，无需优化固化参数数据；

其中，对差值大于预设阈值的复合材料状态数据和对应的状态类型进行输出，根据输出的先后顺序将复合材料的状态数据和状态类型排列至待优化参数队列；按照队列的先后顺序依次分析影响复合材料某一个状态类型对应状态值大小的固化参数，并计算固化参数调节值大小，并输出固化参数调节值和固化参数类型。

2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料固化过程监控管理方法，其特征在于，在复合材料固化过程中，实时采集复合材料的温度数据，将采集的复合材料的温度数据输入到固化过程监控分析模型中，获取需要优化的温度数据的影响固化参数。

3.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料固化过程监控管理方法，其特征在于，将采集的复合材料中间层温度值、复合材料上表面温度值和复合材料下表面温度值输入到固化过程监控分析模型的温度调节模块中，判断获取的温度数据是否满足温度调节模块中预设的第一限制条件，若是，则无需优化温度数据的影响固化参数；否则，对温度数据的影响固化参数进行优化。

4.根据权利要求3所述的碳纤维复合材料固化过程监控管理方法，其特征在于，若获取的温度数据不满足温度调节模块中预设的第一限制条件，则根据获取的复合材料的介电常数来确定提高加热温度或降低加热温度，其中，若复合材料介电常数大于或等于0，则提高加热温度；反之，降低加热温度。

5.根据权利要求4所述的碳纤维复合材料固化过程监控管理方法，其特征在于，第一限制条件为：Tmin

其中，T中表示复合材料中间层温度值；T上表示复合材料上表面温度值；T下表示复合材料下表面温度值；Tmin表示预设最小温差值；Tmax表示预设最大温差值；Tm表示中间层温度加速上升值。

6.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料固化过程监控管理方法，其特征在于，若计算的差值处于预设阈值的范围内时，则计算固化反应速率；判断固化反应速率是否符合预设的阈值范围，若否，则输出需要优化的固化反应速率的固化参数，若是，则无需优化。

7.根据权利要求6所述的碳纤维复合材料固化过程监控管理方法，其特征在于，复合材料固化过程中固化反应速率的方法如下：根据固化状态数据计算复合材料固化过程中的热生成率；

根据热生成率计算固化反应速率。

8.一种碳纤维复合材料固化过程监控管理系统，其特征在于，包括：固化参数确定模块，用于获取待加工复合材料的基础配料，并根据复合材料的加工需求确定固化参数；

固化模块，用于根据确定的固化参数对基础配料进行固化；

采集模块，用于在复合材料固化过程中，实时采集复合材料的状态数据；

获取模块，用于将采集的复合材料状态数据输入到预设的固化过程监控分析模型中，获取需要优化的固化参数数据；

其中，将不同时刻采集的外部施加压力数据输入到反馈控制分析模块中；

计算采集的外部施加压力数据与预设的理想状态值之间的差值；

判断计算的差值是否处于预设的阈值范围内，若是，则获取需要优化的固化参数数据；

否则，无需优化固化参数数据；

其中，对差值大于预设阈值的复合材料状态数据和对应的状态类型进行输出，根据输出的先后顺序将复合材料的状态数据和状态类型排列至待优化参数队列；按照队列的先后顺序依次分析影响复合材料某一个状态类型对应状态值大小的固化参数，并计算固化参数调节值大小，并输出固化参数调节值和固化参数类型；

优化模块，用于根据获取的需要优化的固化参数数据对固化参数进行优化。

说明书

一种碳纤维复合材料固化过程监控管理方法及系统

技术领域

[0001] 本申请涉及智能制造技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料固化过程监控管理方法及系统。

背景技术

[0002] 复合材料是采用物理或化学的方法，使得两种或两种以上的材料在相态与性能相互独立的形式下共存于一体，以达到提高材料的某些性能。碳纤维复合材料是以树脂为集
体，碳纤维为增强体的复合材料。

[0003] 碳纤维复合材料固化的过程中包括有升温阶段、吸胶阶段、继续升温阶段、保温热压阶段和冷却阶段等多个阶段。其中，升温阶段。要选择合理的升温速度，对于大制件，升温
要慢，使整个制件受热均匀，2℃/min是常用的升温速率。升温阶段主要用真空压力，视情况
可施加一定压力。吸胶阶段是一个中间保温阶段，对不同的树脂基体，保持的温度和时间有
所不同，此阶段的主要目的是使树脂熔化，浸渍纤维，除去挥发物，并且使树腊逐步固化至
凝胶状态。保温热压阶段是树脂固化的温度，树脂基体进一步固化，这一阶段要加全压，目
的是使树脂在继续固化过程中，层片之间充分压实。

[0004] 碳纤维复合材料固化的过程中各个阶段的温度控制较为困难，难以得到高质量的成品。

发明内容

[0005] 本申请的目的在于提供一种碳纤维复合材料固化过程监控管理方法及系统，实现了对碳纤维复合材料固化过程的自动化智能化监控，无需人工参与，节省了人力，根据固化
过程的实际采集的反应数据，对固化过程中的固化参数反馈化的控制。

[0006] 为达到上述目的，本申请提供一种碳纤维复合材料固化过程监控管理方法，包括：

[0007] 获取待加工复合材料的基础配料，并根据复合材料的加工需求确定固化参数；

[0008] 根据确定的固化参数对基础配料进行固化；

[0009] 在复合材料在固化过程中，实时采集复合材料的状态数据；

[0010] 将采集的复合材料状态数据输入到预设的固化过程监控分析模型中，获取需要优化的固化参数数据；

[0011] 根据获取的需要优化的固化参数数据对固化参数进行优化。

[0012] 如上的，其中，在复合材料固化过程中，实时采集复合材料的温度数据，将采集的复合材料的温度数据输入到固化过程监控分析模型中，获取需要优化的温度数据的影响固
化参数。

[0013] 如上的，其中，将采集的复合材料中间层温度值、复合材料上表面温度值和复合材料下表面温度值输入到固化过程监控分析模型的温度调节模块中，判断获取的温度数据是
否满足温度调节模块中预设的第一限制条件，若是，则无需优化温度数据的影响固化参数；
否则，对温度数据的影响固化参数进行优化。

[0014] 如上的，其中，若获取的温度数据不满足温度调节模块中预设的第一限制条件，则根据获取的复合材料的介电常数来确定提高加热温度或降低加热温度，

[0015] 其中，若复合材料介电常数大于或等于0，则提高加热温度；反之，降低加热温度。

[0016] 如上的，其中，第一限制条件为：TminTmin表示预设最小温差值；Tmax表示预设最大温差值；Tm表示中间层温度加速上升值。

[0017] 如上的，其中，将不同时刻采集的外部施加压力数据输入到反馈控制分析模块中；计算采集的外部施加压力数据与预设的理想状态值之间的差值；判断计算的差值是否处于
预设的阈值范围内，若是，则获取需要优化的固化参数数据；否则，无需优化固化参数数据。

[0018] 如上的，其中，对差值大于预设阈值的复合材料状态数据和对应的状态类型进行输出，根据输出的先后顺序将复合材料的状态数据和状态类型排列至待优化参数队列；按
照队列的先后顺序依次分析影响复合材料某一个状态类型对应状态值的固化参数，并计算
固化参数调节值大小，并输出固化参数调节值和固化参数类型。

[0019] 如上的，其中，若计算的差值处于预设阈值的范围内时，则计算固化反应速率；判断固化反应速率是否符合预设的阈值范围，若否，则输出需要优化的固化反应速率的固化
参数，若是，则无需优化。

[0020] 如上的，其中，复合材料固化过程中固化反应速率的方法如下：根据固化状态数据计算复合材料固化过程中的热生成率；根据热生成率计算固化反应速率。

[0021] 本申请还提供一种碳纤维复合材料固化过程监控管理系统，包括：固化参数确定模块，用于获取待加工复合材料的基础配料，并根据复合材料的加工需求确定固化参数；固
化模块，用于根据确定的固化参数对基础配料进行固化；采集模块，用于在复合材料固化过
程中，实时采集复合材料的状态数据；获取模块，用于将采集的复合材料状态数据输入到预
设的固化过程监控分析模型中，获取需要优化的固化参数数据；优化模块，用于根据获取的
需要优化的固化参数数据对固化参数进行优化。

[0022] 本申请实现的有益效果如下：

[0023] (1)本申请实时监测复合材料固化过程中的状态参数变化，并对复合材料固化过程中的状态参数进行分析，输出异常的状态参数，从而对影响该异常状态参数的固化参数
进行优化调节，及时在复合材料固化的过程中修正固化参数，使得复合材料固化过程中的
状态参数恢复正常，提高复合材料的成品率。

[0024] (2)本申请实现了对碳纤维复合材料固化过程的自动化智能化监控，无需人工参与，节省了人力，根据固化过程的实际采集的反应数据，对固化过程中的固化参数反馈化的
控制。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
申请中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附
图。

[0026] 图1为本申请实施例的一种碳纤维复合材料固化过程监控管理方法的流程图。

[0027] 图2为本申请实施例的获取需要优化的固化参数数据的方法流程图。

[0028] 图3为本申请实施例的一种碳纤维复合材料固化过程监控管理系统的结构示意图。

[0029] 附图标记：10‑固化参数确定模块；20‑固化模块；30‑采集模块；40‑获取模块；50‑优化模块。

具体实施方式

[0030] 下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请
中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都
属于本申请保护的范围。

[0031] 实施例一

[0032] 如图1所示，本申请提供一种碳纤维复合材料固化过程监控管理方法，该方法包括如下步骤：

[0033] 步骤S1，获取待加工复合材料的基础配料，并根据复合材料的加工需求确定固化参数。

[0034] 其中，固化参数包括基础配料成型的电阻、电流、升温速率、所需达到的温度范围和施加的外力大小。

[0035] 步骤S2，根据确定的固化参数对基础配料进行固化。

[0036] 步骤S3，在复合材料固化过程中，实时采集复合材料的状态数据。

[0037] 实时采集的复合材料的状态数据包括外部施加压力值、复合材料表面温度值、复合材料中间层温度值、复合材料介电常数和电容值。

[0038] 步骤S4，将采集的复合材料状态数据输入到预设的固化过程监控分析模型中，获取需要优化的固化参数数据。

[0039] 如图2所示，步骤S4中包括：

[0040] 步骤S410，将采集的复合材料的温度数据输入到固化过程监控分析模型中，获取需要优化的温度数据。

[0041] 具体的，步骤S410包括：

[0042] 步骤S411，将采集的温度数据输入到温度调节模块中，其中，温度调节模块预设于固化过程监控分析模型中。

[0043] 其中，将采集的复合材料中间层温度值、复合材料上表面温度值和复合材料下表面温度值输入到温度调节模块中，温度调节模块在满足预设的第一限制条件下调节复合材
料的加热温度，包括提高复合材料的加热温度或降低复合材料的加热温度。

[0044] 步骤S412，根据温度调节模块中的第一限制条件分析当前固化过程中需要优化的温度数据的影响固化参数。

[0045] 优选的，第一限制条件为：Tmin

[0046] 其中，T中表示复合材料中间层温度值；T上表示复合材料上表面温度值；T下表示复合材料下表面温度值；Tmin表示预设最小温差值；Tmax表示预设最大温差值；Tm表示中间层温
度加速上升值，中间层温度加速上升值为负数表示中间层温度升高的趋势呈下降的趋势，
虽然中间层温度是不断升高的，但是中间层温度上升的幅度减慢。

[0047] 具体的，将采集的复合材料中间层温度值、复合材料上表面温度值和复合材料下表面温度值输入到固化过程监控分析模型的温度调节模块中，判断获取的温度数据是否满
足温度调节模块中预设的第一限制条件，若是，则，无需优化温度数据的影响固化参数，否
则，对温度数据的影响固化参数进行优化。

[0048] 若获取的温度数据不满足温度调节模块中预设的第一限制条件，则根据获取的复合材料的介电常数来确定提高加热温度或降低加热温度，具体的，温度调节模块通过分析
当前复合材料的复合材料介电常数来确定提高加热温度或降低加热温度。具体的，若复合
材料介电常数大于或等于0，则提高加热温度；反之，降低加热温度。

[0049] 步骤S420，根据采集的复合材料状态值，计算当前复合材料状态值与预设的理想的状态值之间的差值，判断该差值是否超过预设阈值，若超过预设阈值，则执行步骤S430、
根据该差值调节固化参数，否则，无需调节固化参数。

[0050] 其中，实时采集的复合材料的状态数据包括外部施加压力值、复合材料表面温度值、复合材料中间层温度值、复合材料介电常数和电容值。

[0051] 具体的，步骤S420包括如下步骤：

[0052] 步骤S421，将采集的复合材料状态数据输入到固化过程监控分析模型中预设的反馈控制分析模块中。

[0053] 其中，反馈控制分析模块预设有不同时刻固化过程复合材料的理想状态值。

[0054] 步骤S422，根据复合材料的状态数据与预设的固化过程监控分析模型中的标准参数表中相应的理想状态值进行比较，计算采集的复合材料状态数据与标准参数表中的理想
状态值之间的差值；

[0055] 步骤S430，判断根据步骤S420计算的差值是否处于预设的阈值范围内，若否，则获取需要优化的固化参数数据，根据需要优化的固化参数数据调节固化参数；若是，则无需优
化固化参数数据。

[0056] 其中，需要优化的固化参数数据包括固化参数调节值和固化参数类型。

[0057] 固化参数优化模块根据复合材料的状态数据的类别不同预设有对应的固化参数调节方案。固化参数优化模块获取反馈控制分析模块获取的状态数据的类型及其差值，匹
配出对应的固化参数调节方案，并根据匹配出的固化参数调节方案对复合材料固化过程中
的固化参数进行调节。

[0058] 步骤S430包括如下子步骤：

[0059] 步骤S431，对差值大于预设阈值的复合材料状态数据和对应的状态类型进行输出，根据输出的先后顺序将复合材料的状态数据和状态类型排列至待优化参数队列；

[0060] 步骤S432，按照队列的先后顺序依次分析影响复合材料某一个状态类型对应状态值大小的固化参数，并计算固化参数调节值大小，并输出固化参数调节值和固化参数类型。

[0061] 结合另一个实施例分析复合材料状态值异常的情况，将采集的复合材料状态数据形成随时间变化的曲线，实时计算曲线形成趋势与固化过程监控分析模型中存储的复合材
料固化过程标准曲线之间的相似度，根据相似度大小进一步评价复合材料状态值的异常情
况。

[0062] 步骤S440，在步骤S420中计算的差值处于预设阈值的范围内时，计算固化反应速率。

[0063] 步骤S440中计算复合材料固化过程中固化反应速率的方法如下：

[0064] 步骤S441，根据固化状态数据计算复合材料固化过程中的热生成率。

[0065] 其中，计算复合材料固化过程中的热生成率的公式为：

[0066]

[0067] 其中，Q表示热生成率；ρ表示复合材料的密度，C表示复合材料的比热容；T表示温度，t表示固化时间；λx、λy、λz分别表示复合材料x、y、z方向的导热系数。

[0068] 步骤S442，根据热生成率计算固化反应速率。

[0069] 其中，根据热生成率计算固化反应速率的公式为：

[0070]

[0071] 其中，v表示固化反应速率；ρ表示复合材料的密度；V表示体积分数；I表示单位质量复合材料释放的热量。

[0072] 步骤S450，判断固化反应速率是否符合预设的阈值范围，若否，则输出需要优化的固化反应速率的固化参数，若是，则无需优化。

[0073] 具体的，对固化过程中的加热温度进行调节优化，从而调节固化反应速率在预设的阈值范围内。

[0074] 步骤S5，根据获取的需要优化的固化参数数据对固化参数进行优化。

[0075] 其中，固化参数数据包括固化参数类型及固化参数调节值。

[0076] 实施例二

[0077] 如图3所示，本申请还提供一种碳纤维复合材料固化过程监控管理系统100，包括：

[0078] 固化参数确定模块10，用于获取待加工复合材料的基础配料，并根据复合材料的加工需求确定固化参数。

[0079] 固化模块20，用于根据确定的固化参数对基础配料进行固化。

[0080] 采集模块30，用于在复合材料固化过程中，实时采集复合材料的状态数据。

[0081] 获取模块40，用于将采集的复合材料状态数据输入到预设的固化过程监控分析模型中，获取需要优化的固化参数数据。

[0082] 优化模块50，用于根据获取的需要优化的固化参数数据对固化参数进行优化。

[0083] 固化过程监控分析模型，用于对采集的复合材料状态数据进行分析，输出需要优化的固化参数数据。

[0084] 固化过程监控分析模型中包括温度调节模块，温度调节模块中设有第一限制条件。

[0085] 温度调节模块，用于对采集的温度数据进行分析，获取当前复合材料是否需要提高加热温度或降低加热温度。

[0086] 固化过程监控分析模型中包括反馈控制分析模块。

[0087] 反馈控制分析模块预设有不同时刻固化过程复合材料的理想状态值。

[0088] 反馈控制模块，用于根据复合材料的状态数据与预设的固化过程监控分析模型中的标准参数表中相应的理想状态值进行比较，计算采集的复合材料状态数据与标准参数表
中的理想状态值之间的差值。

[0089] 固化监控分析模型中设有固化参数优化模块。固化监控分析模型根据复合材料的状态数据的类别不同预设有对应的固化参数调节方案。

[0090] 固化参数优化模块，用于获取反馈控制分析模块获取的状态数据的类型及其差值，匹配出对应的固化参数调节方案，并根据匹配出的固化参数调节方案对复合材料固化
过程中的固化参数进行调节。

[0091] 本申请实现的有益效果如下：

[0092] (2)本申请实时监测复合材料固化过程中的状态参数变化，并对复合材料固化过程中的状态参数进行分析，输出异常的状态参数，从而对影响该异常状态参数的固化参数
进行优化调节，及时在复合材料固化的过程中修正固化参数，使得复合材料固化过程中的
状态参数恢复正常，提高复合材料的成品率。

[0093] (3)本申请实现了对碳纤维复合材料固化过程的自动化智能化监控，无需人工参与，节省了人力，根据固化过程的实际采集的反应数据，对固化过程中的固化参数反馈化的
控制。

[0094] 上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所做的任何修改、等同
替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。