樹脂基復合材料具有比強度和比模量高、易于整體熱固化成型等優(yōu)點,現(xiàn)已廣泛應用于航空、航天等制造領域。在生產(chǎn)實際中,由于復合材料內(nèi)部溫度場和固化度場分布不均勻,使得固化過程中材料的熱應力和固化收縮不均勻,產(chǎn)生固化變形。目前提高復合材料固化均勻性的研究主要是針對溫度場的均勻性,而固化度場直接影響到材料的固化收縮,提高固化度場均勻性同樣具有重要工程意義�；诖�,本文以有限元模擬結(jié)果為基礎,提出了一種提高樹脂基復合材料固化度場均勻性的加熱曲線優(yōu)化通用方法,將其應用AS4/3501-6與酚醛樹脂復合材料的加熱曲線優(yōu)化,并通過酚醛樹脂復合材料平板固化實驗驗證了優(yōu)化方法的可行性。首先,模擬了AS4/3501-6復合材料體系平板的固化過程,并研究了常見工藝參數(shù)對其固化度場均勻性和溫度場均勻性的影響。然后,研究開發(fā)了一種通用的加熱曲線優(yōu)化方法。以3cm厚度AS4/3501-6平板制件為對象,深入分析了固化過程中制件各處最大固化度差值與最大固化速度差值及其一階微分的內(nèi)在聯(lián)系,根據(jù)函數(shù)值與其一階微分和二階微分的關系以及固化過程中保溫和升溫對固化均勻性的影響規(guī)律,求解出最優(yōu)的加熱曲線,使該平板固化均勻性提高。這種方法可以用于任意種類樹脂基復合材料的加熱溫度曲線優(yōu)化。其次,根據(jù)生產(chǎn)實際的需求,通過DSC(差式掃描量熱)實驗和模型擬合方法,研究了一種目前生產(chǎn)實際中應用的酚醛樹脂預浸料的固化動力學模型。這種模型后續(xù)可用于對實際酚醛樹脂預浸料制件的加熱曲線優(yōu)化。最后,結(jié)合加熱曲線優(yōu)化方法和測得的酚醛樹脂預浸料固化動力學模型,得到了2.5mm厚度平板制件的優(yōu)化加熱曲線。通過模擬分析和比較了1.5mm、2mm和2.5mm厚度平板在直接升溫到固化溫度方式下固化的不均勻性,以及2.5mm厚度平板在生產(chǎn)實際中的加熱曲線和優(yōu)化后加熱溫度曲線下固化的不均勻性,并進行了相應的平板固化實驗進行了驗證。模擬結(jié)果表明:使用優(yōu)化后的加熱曲線,平板固化度場均勻性提高,實驗結(jié)果表明:實際制件的變形較直接升溫方式有減小,與工廠現(xiàn)有工藝獲得的制件形狀基本一致,但加熱時間節(jié)省26.5%,顯著提高了效率,初步證明了該優(yōu)化方法的可行性。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB33

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本文編號：2064768