一种胶合板热压芯层温度场预测方法与流程

本发明涉及数据处理，且更为具体地，涉及一种胶合板热压芯层温度场预测方法。

背景技术：

1、胶合板作为人造板工业的主导产品之一,其制造过程中的热压工序直接决定了最终产品的胶合强度、尺寸稳定性及内部质量均匀性。热压过程本质上是一个涉及传热、传质与化学反应耦合的复杂物理化学过程,其中芯层温度的演变规律直接影响胶黏剂的固化进程、板坯内部应力分布以及能耗效率。随着木材资源日益紧张及产品质量要求的不断提升,热压工艺的精确控制已成为胶合板工业技术升级的核心命题。传统热压工艺主要依赖经验性的"温度-时间-压力"曲线,通过调节加热板温度与压力来间接控制板坯内部状态,但这种开环控制模式缺乏对芯层真实温度状态的直接感知能力。近年来,随着计算流体力学、逆向传热理论以及数据同化技术的发展,基于数值模拟与在线测量融合的热压过程智能监控方法逐渐成为研究热点,为实现芯层温度的实时预测与动态调控提供了新的技术路径。

2、然而,现有的胶合板热压温度场预测技术仍存在显著局限性。首先,传统有限元或有限差分模拟方法高度依赖于板坯物性参数的准确输入,而木材作为天然非均质材料,其导热系数、比热容等热物性参数受树种、含水率、密度及纤维方向等多因素影响,批次间波动显著,固定参数模型难以适应实际生产中的原料变异性,导致芯层温度预测误差累积放大。其次,加热板与板坯表面之间的接触热阻随压力动态变化,现有方法多采用简化边界条件(如直接将加热板温度赋值为板坯表面温度),忽略了界面传热阻力的时变特性,造成初始温度场计算偏离实际状态。此外,虽然部分研究尝试引入表层温度传感器作为反馈信号,但多采用静态参数校正或离线优化策略,无法在热压过程中实现传热参数的动态递推修正,难以满足工业现场实时性与鲁棒性要求。更为关键的是,现有预测方法普遍将芯层温度作为纯粹的正向计算结果输出,缺乏基于观测数据的闭环校正机制,当模型参数或边界条件存在偏差时,预测精度快速退化,无法为热压曲线的动态优化提供可靠依据。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种胶合板热压芯层温度场预测方法，一定程度上解决现有热压工艺因芯层温度不可测且单板物性批次波动大，采用固定加热曲线导致合格率波动超15%的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种胶合板热压芯层温度场预测方法，其包括：

3、获取热压过程中的加热板温度数据、板坯表层温度数据、热压压力数据以及板坯初始物性参数，并按照同一热压时间轴进行对齐，构建多源输入矩阵；

4、根据所述热压压力数据和加热板温度数据确定板坯表面的界面热流边界条件，沿板坯厚度方向划分若干空间网格节点，基于传热方程计算各网格节点的初步温度响应，生成初步温度场分布矩阵；

5、根据当前时刻的板坯表层实测温度与所述初步温度场分布矩阵中对应表面节点的计算温度形成观测残差，采用参数递推修正算法对传热参数进行修正，并基于修正后的传热参数更新温度场，得到校正温度场分布矩阵；

6、从所述校正温度场分布矩阵中提取芯层区域对应网格节点的温度数值，生成芯层温度梯度曲线或芯层截面温度场，输出芯层温度场预测结果。

7、进一步地，所述界面热流边界条件包括由压力接触状态确定的接触导热通量以及由水蒸气外迁冷凝确定的相变辅助换热通量，所述界面热流边界条件按照如下关系确定：

8、

9、其中，为进入板坯表面的热流密度，为接触换热系数，为加热板表面温度，为上一时间步校正温度或当前时间步迭代温度，为冷凝潜热分配系数，为汽化潜热，为由板坯内部指向表层界面的水蒸气外迁质量通量。

10、进一步地，确定所述板坯表面的界面热流边界条件根据所述热压压力数据确定接触换热系数以量化界面热阻，利用该接触换热系数与加热板温度和板坯表面温度之差的乘积计算接触导热通量，并叠加由水蒸气外迁冷凝形成的相变辅助换热通量，共同确定板坯表面的界面热流边界条件。

11、进一步地，所述空间网格节点对应的厚度方向导热系数根据单板层的纹理方向、含水状态和温度确定；

12、当材料标定数据包括顺纹导热系数、径向导热系数和弦向导热系数时，将各向异性导热张量投影至板坯厚度方向，得到各单板层的厚度方向基础导热系数，并根据胶层厚度、胶粘剂导热系数和固化度确定相邻网格节点之间的层间热阻。

13、进一步地，所述传热方程包括水分迁移通量、局部水分蒸发速率、含水率时间推进项以及温度时间推进项，所述含水率时间推进项根据如下关系确定：

14、

15、其中，为下一时间节点的初步含水状态，为上一时间节点校正后的含水状态，和为相邻界面的水分质量通量，为绝干木材密度，为控制体厚度，为局部水分蒸发速率。

16、进一步地，所述传热方程采用顺序算子分裂方式求解，所述顺序算子分裂方式包括：

17、先根据上一时刻或当前迭代轮次的温度场求解含水率输运方程，更新含水率场和水蒸气外迁通量；

18、再根据更新后的含水率场计算导热系数、水分蒸发速率、层间热阻和界面热流边界；最后隐式求解温度场。

19、进一步地，对所述传热参数进行修正基于集合卡尔曼滤波框架，利用表层温度观测残差与传热参数之间的集合协方差确定修正方向与幅度，并采用扣除预测升温趋势后的观测增量残差构建自适应观测噪声矩阵以抑制热压初期升温干扰，同时将修正后的参数约束于材料标定的物理运行边界内，实现对传热参数的在线递推更新。

20、根据本发明的另一方面，提供了一种胶合板热压芯层温度场预测系统，其包括：

21、数据采集模块，用于获取热压过程中的加热板温度数据、板坯表层温度数据、热压压力数据以及板坯初始物性参数，并按照同一热压时间轴进行对齐，构建多源输入矩阵；

22、正向热湿耦合求解模块，用于根据所述热压压力数据和加热板温度数据确定板坯表面的界面热流边界条件，沿板坯厚度方向划分若干空间网格节点，基于传热方程计算各网格节点的初步温度响应，生成初步温度场分布矩阵；

23、递推修正模块，用于根据当前时刻的板坯表层实测温度与所述初步温度场分布矩阵中对应表面节点的计算温度形成观测残差，采用参数递推修正算法对传热参数进行修正，并基于修正后的传热参数更新温度场，得到校正温度场分布矩阵；

24、芯层温度提取输出模块，用于从所述校正温度场分布矩阵中提取芯层区域对应网格节点的温度数值，生成芯层温度梯度曲线或芯层截面温度场，输出芯层温度场预测结果。

25、与现有技术相比，本发明提供的胶合板热压芯层温度场预测方法，其通过对热压过程中不同时间点的加热板温度、板坯表层温度、热压压力及板坯初始物性参数进行时序分析，并结合热湿耦合传热方程与递推参数修正算法进行动态建模，进而判断芯层截面温度场的实时状态及水热演变趋势。这样，可以在不破坏板坯结构的前提下，提高芯层温度预测的准确性和及时性，有助于早期识别因物性批次波动引起的固化不足或过热降解风险，从而及时调整加热曲线和工艺参数，减少产品报废率，提升批次质量一致性。