本文關鍵詞：基于蒙特卡洛法分析纖維編織結構對輻射特性的影響

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【摘要】：復合材料得益于其優(yōu)良的性能,在工業(yè)領域受到廣泛的應用。由于碳纖維諸多的優(yōu)異性能,使其成為各種復合材料的原料,作為增強體,與不同基體復合,得到的碳纖維復合材料。在航天器的熱防護方面,碳纖維復合材料發(fā)揮著重大的作用。因此,研究碳纖維復合材料熱輻射特性,找出影響其熱輻射特性的因素,對于提高碳纖維材料的發(fā)射率,提高的航天器的熱防護性能有著重要的意義。碳纖維做復合材料的增強體時,可以將單根碳纖維材料編織后與基體復合;還可以將幾百根或者上千根碳纖維組成碳纖維束,進行編織或者排列,再與不同的基體復合。本文選擇碳纖維束作為研究對象,采用蒙特卡洛方法,使用Matlab軟件編寫程序,研究纖維束作為增強體時,其編織結構對材料的熱輻射特性的影響。主要研究內容包括:在二維結構下,研究編織結構,纖維束的直徑,纖維束間距和纖維束的體積比對材料熱輻射特性的影響。針對順序排列,錯序排列,隨機排列三種結構,研究不同結構對材料的光譜吸收率和反射率的影響;針對順序排列,研究纖維束直徑和纖維束的間距對材料的光譜吸收率和反射率的影響;針對隨機排列,研究纖維束所占體積比對材料的光譜吸收率和反射率的影響。建立了2.5D和3D絞擰編織結的數學模型。在使用蒙塔卡洛方法進行計算時,為了得到編織結構中纖維束表面的數學描述,在真實結構的基礎上做了一些簡化。認為單根纖維束為圓柱體,纖維束按一定結構編織時,會發(fā)生彎曲變形,將彎曲后的纖維束的軸線方程近似的用余弦曲線來描述,得到編織結構的數學描述。針對三維亂序排列,研究纖維束體積比對材料的光譜吸收率和反射率影響;針對2.5D和3D絞擰編織兩種不同編織結構時,研究材料的光譜吸收率和反射率,并對結果進行比較;針對3D絞擰編織結構的纖維布,研究纖維布的層數、纖維布層與層之間的位置關系對材料的光譜吸收率和反射率的影響;針對3D和2.5D絞擰編織結構,研究編織疏密程度對材料的光譜吸收率和反射率的影響。經計算對比發(fā)現,編織結構、纖維束所占體積比、幾何尺寸、纖維布層數、層與層的位置關系、編織的疏密程度均會影響碳纖維材料的輻射特性參數。
【關鍵詞】：編織結構 輻射特性 蒙特卡洛方法
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;TQ342.742
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 課題的研究背景和意義8-9
• 1.2 國內外研究現狀及分析9-13
• 1.2.1 國外研究現狀10-11
• 1.2.2 國內研究現狀11-13
• 1.2.3 國內外文獻綜述的簡析13
• 1.3 主要研究內容13-15
• 第2章 蒙特卡洛方法的求解方法和計算模型15-26
• 2.1 熱輻射計算的蒙特卡洛方法15-19
• 2.1.1 蒙特卡洛方法基本思想15-16
• 2.1.2 蒙特卡洛方法在熱輻射計算中的應用16-19
• 2.2 計算的概率模型和隨機數的生成19-23
• 2.2.1 介質內輻射傳遞的概率模型19-22
• 2.2.2 隨機數的產生方法22-23
• 2.3 光束的數學模型23-25
• 2.3.1 光束的數學描述23-24
• 2.3.2 坐標的轉換24-25
• 2.4 本章小結25-26
• 第3章 二維結構下碳纖維材料的輻射特性26-38
• 3.1 計算使用的數學模型26-27
• 3.1.1 纖維束表面的數學描述26-27
• 3.1.2 光線與纖維束表面的交點27
• 3.2 二維蒙特卡洛程序準確性驗證27-30
• 3.3 不同結構的輻射特性計算30-37
• 3.3.1 纖維束結構對材料輻射特性的影響30-32
• 3.3.2 纖維束半徑對材料輻射特性的影響32-33
• 3.3.3 纖維束的間距對材料輻射特性的影響33-35
• 3.3.4 纖維束的體積比對材料輻射特性的影響35-37
• 3.4 本章小結37-38
• 第4章 三維結構下碳纖維材料的輻射特性38-58
• 4.1 纖維束表面的數學描述38-44
• 4.1.1 三維亂序結構的數學描述38-40
• 4.1.2 三維編織結構的數學描述40-44
• 4.2 三維蒙特卡洛程序準確性驗證44-45
• 4.3 不同結構的輻射特性計算45-56
• 4.3.1 纖維束的體積比對材料輻射特性的影響45-47
• 4.3.2 編織結構對材料輻射特性的影響47-49
• 4.3.3 層數對材料輻射特性的影響49-51
• 4.3.4 層與層之間的位置關系對材料輻射特性的影響51-53
• 4.3.5 編織疏密程度對材料輻射特性的影響53-56
• 4.4 本章小結56-58
• 結論58-59
• 參考文獻59-64
• 致謝64

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