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熱固性樹脂基復合材料構件的固化變形仿真研究

發(fā)布時間:2020-06-24 22:28
【摘要】:樹脂基復合材料以其較高的比強度、比模量以及較強的可設計性等特點廣泛應用于航空航天領域中。先進樹脂基復合材料的用量已經(jīng)成為衡量航空器先進性的重要標志。熱固化成型作為樹脂基復合材料成型的主要方式,固化工藝在很大程度上決定了復合材料構件的質量和性能。樹脂基復合材料在固化過程中,由于受到環(huán)境因素、材料的熱脹冷縮、樹脂的固化收縮以及和模具的相互作用等因素的影響,材料內部會形成復雜的溫度場,導致復合材料固化不均勻,從而產(chǎn)生殘余應力,構件在固化結束脫模后由于殘余應力的作用產(chǎn)生固化變形,嚴重影響構件的質量和幾何精度。因此,研究復合材料的固化變形對提高產(chǎn)品質量和降低生產(chǎn)成本具有重要意義。本文基于熱補儀固化工藝,建立了樹脂基復合材料熱固化物理模型。根據(jù)固化動力學、傳熱學和彈性力學等理論建立了計算復合材料熱固化過程中各場變量的數(shù)學模型。計算了層合板的溫度場和固化度場,并且通過和參考文獻中的實驗結果對比驗證了熱傳導和固化動力學模型的可行性和精度。計算了在固化過程中層合板上表面采用不同的熱邊界條件對不同厚度層合板固化過程的影響,計算結果表明:層合板上表面采用定溫邊界條件時,層合板峰值溫度和溫度梯度最低;層合板上表面采用絕熱邊界條件時,峰值溫度和溫度梯度最高;層合板厚度越大,峰值溫度越高,溫度梯度越大。計算了在是否考慮模具-構件相互作用情況下C型構件的固化變形量,結果表明當考慮模具的導熱和熱膨脹作用時計算結果更加接近實驗值。計算了固化工藝參數(shù)和復合材料性能參數(shù)對C型構件固化變形的影響,計算結果表明:樹脂固化收縮率和纖維體積分數(shù)對復合材料C型構件變形影響較大,樹脂的固化收縮率越高,構件的固化變形越大,固化收縮率與固化變形呈線性正相關;復合材料的纖維體積分數(shù)越大,構件的固化變形越小;隨著固化溫度的增加、升溫和降溫速率的提高,構件的固化變形略微增大,但總體影響較小。根據(jù)C型構件的固化變形參數(shù),提出了對模具形面進行補償優(yōu)化的方法,通過數(shù)值計算發(fā)現(xiàn)該補償方法能夠明顯的降低構件的固化變形。
【學位授予單位】:中國民用航空飛行學院
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2019
【分類號】:V258;TB33
【圖文】:

占比,材料,工藝穩(wěn)定性,復合材料構件


圖 1.2 波音 787 飛機的機身材料分布以及材料所占比重但是復合材料也存在一些缺點,如材料的工藝穩(wěn)定性差、材料性能分散性大()、抗沖擊能力低和層間剪切強度差等[7],所以需要根據(jù)復合材料構件的特點對

熱補,固化程序,編輯界面,面板


熱補儀面板(a)和固化程序編輯界面(b)

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