發(fā)布時間：2020-08-31 14:52

　　 復(fù)合材料傳動軸具有高功重比、減振抗振、高疲勞壽命等優(yōu)點(diǎn)。直升機(jī)采用復(fù)合材料傳動軸代替金屬軸已成為發(fā)展趨勢。但傳統(tǒng)熱固化制造復(fù)合材料傳動軸會產(chǎn)生熱梯度、殘余應(yīng)力和殘余變形等問題。本文提出了將微波固化技術(shù)、顆粒增強(qiáng)技術(shù)和纖維混雜技術(shù)同時應(yīng)用于直升機(jī)復(fù)合材料傳動軸的成型,對顆粒氧化鋁增強(qiáng)混雜纖維復(fù)合材料傳動軸微波固化技術(shù)基礎(chǔ)進(jìn)行研究。主要研究工作和成果如下:建立了Al_2O_3增強(qiáng)環(huán)氧樹脂體系的微波固化動力學(xué)模型。Al_2O_3的含量會影響環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)的活化能和反應(yīng)常數(shù),而利用這兩個參數(shù)可以通過Avrami法預(yù)測樹脂固化反應(yīng)過程。通過DSC、DMA等方法確定了活化能和反應(yīng)常數(shù)與Al_2O_3含量的定量關(guān)系,為有限元分析模擬不同Al_2O_3含量的環(huán)氧樹脂微波固化反應(yīng)過程提供依據(jù)。揭示了添加Al_2O_3顆粒對樹脂基體強(qiáng)度的增強(qiáng)機(jī)理。通過SEM觀察不同氧化鋁含量環(huán)氧樹脂基體的斷面發(fā)現(xiàn),不含Al_2O_3顆粒的樹脂斷面比較規(guī)整光滑,而添加Al_2O_3顆粒后的樹脂斷面出現(xiàn)較多的階梯狀條紋。其原因是Al_2O_3顆粒的彈性模量遠(yuǎn)大于E51/DDS體系,故當(dāng)其分散在基體之中,樹脂斷裂時Al_2O_3顆粒阻礙斷裂運(yùn)動而消耗更多的能量,從而提高樹脂的強(qiáng)度。但當(dāng)Al_2O_3顆粒添加過多時,會使樹脂孔隙率增大,反而降低樹脂的強(qiáng)度。提出了雙重旋轉(zhuǎn)微波均勻加熱技術(shù)。微波在諧振腔中以駐波的形式存在,引起腔內(nèi)微波場能分布不均,從而會造成物料加熱不均。建立假設(shè)的駐波場理論模型,通過理論分析對比物料在靜態(tài)、單重旋轉(zhuǎn)以及雙重旋轉(zhuǎn)(即自轉(zhuǎn)+公轉(zhuǎn))三種不同加熱方式,結(jié)合微波加熱水試驗(yàn),驗(yàn)證雙重旋轉(zhuǎn)加熱方式微波加熱的效果最均勻。從運(yùn)動學(xué)的角度,分析雙重旋轉(zhuǎn)時微波場能強(qiáng)點(diǎn)在物料上輻射加熱過的軌跡,對自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速提出了具體的要求,從而保證物料能夠均勻微波加熱,為復(fù)合材料傳動軸微波固化成型均勻性的提高提供技術(shù)支持。提出了低功率預(yù)熱、高功率固化的微波固化方法。通過有限元模擬分析得出,低功率微波加熱時,樹脂溫度場/固化度場分布更均勻,但樹脂固化反應(yīng)較慢,甚至不固化;高功率微波加熱時,樹脂固化反應(yīng)充分,但固化過程中樹脂溫度場/固化度場分布均勻性較差。因此,將兩者優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行互補(bǔ),先采用低功率對復(fù)合材料體系預(yù)熱,在預(yù)熱的基礎(chǔ)上,再采用高功率加熱讓樹脂體系充分固化,從而既優(yōu)化了樹脂固化過程中的溫度場/固化度場,又使樹脂體系能夠完全固化。通過試驗(yàn)證明,該方法有效可行,為復(fù)合材料傳動軸微波固化成型提供工藝方法指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V275.1;TB33
【部分圖文】：

鋼并列為航空航天材料的四大金剛，其中復(fù)合材料以其比重小、比強(qiáng)度和比模量大的優(yōu)點(diǎn)，航空航天中的應(yīng)用已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。例如波音 787 復(fù)合材料使用比例達(dá)到 50%，空A350XWB 復(fù)合材料使用比例達(dá)到 52%（圖 1.1）。大型飛機(jī)對復(fù)合材料的應(yīng)用量逐漸增大，飛機(jī)性能越來越好，而重量卻越來越輕，復(fù)合材料的使用比例已經(jīng)是評價大型飛機(jī)先進(jìn)性的要標(biāo)準(zhǔn)[1]-[5]。

藝是一種很好的選擇（圖 1.2（b））。因?yàn)槲⒉訜岬幕驹聿皇且揽繜醾鲗?dǎo)進(jìn)行加依靠被加熱對象內(nèi)部的極性分子在微波電磁場輻射作用下不斷變換方向，使分子互相摩材料內(nèi)部整體加熱。這樣，就能夠避免熱壓罐工藝依賴熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱梯度對復(fù)合材制造帶來的不良影響。通過微波固化工藝成型復(fù)合材料傳動軸，既能改善固化均勻性動軸力學(xué)性能，又同時可以降低能耗，縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率。

（a）層內(nèi)混雜 （b）層間混雜圖 1.3 纖維混雜方式維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料傳動軸具有良好的耐熱性，主要體現(xiàn)在樹脂基體上。航空航天及復(fù)合材料傳動軸最常見的基體樹脂是環(huán)氧樹脂，因?yàn)槠渚哂谐尚凸に囆院�，柔韌

【參考文獻(xiàn)】

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1 李樹健;湛利華;彭文飛;周源琦;;先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件熱壓罐成型工藝研究進(jìn)展[J];稀有金屬材料與工程;2015年11期

2 王文莎;閻建華;顧海麟;;混雜編織層合復(fù)合材料低速沖擊性能研究[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2015年05期

3 蔣巍;田艷;劉艷杰;;納米Al_2O_3顆粒改性環(huán)氧樹脂的熱性能研究[J];化學(xué)世界;2015年05期

4 朱峰;高學(xué)農(nóng);;溫度對環(huán)氧樹脂熱物性影響的研究[J];廣東化工;2015年09期

5 種海鋒;何欽象;祖磊;;基于ANSYS的纖維纏繞復(fù)合材料傳動軸的優(yōu)化[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2015年03期

6 王海珍;顏晨;王興波;宋秋香;杜微;賈智源;和陳淳;;CF/GF混雜復(fù)合材料性能分析及其在風(fēng)電葉片上的應(yīng)用[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2014年11期

7 尹桂來;李建英;王詩航;上官帖;晏年平;田浩;郝留成;;GIS用氧化鋁改性環(huán)氧澆注材料的熱學(xué)與力學(xué)性能研究[J];絕緣材料;2014年05期

8 張宗華;劉剛;張暉;張忠;王小群;;納米氧化鋁顆粒對高性能環(huán)氧樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響[J];材料工程;2014年09期

9 王順民;胡志超;韓永斌;顧振新;;微波干燥均勻性研究進(jìn)展[J];食品科學(xué);2014年17期

10 石欣;李劍南;熊慶宇;袁宇鵬;;微波加熱均勻性評價模型研究[J];儀器儀表學(xué)報;2014年09期

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1 李建碩;微波加熱過程熱點(diǎn)與熱均勻性控制與優(yōu)化研究[D];重慶大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 章宇界;縫合及層間/層內(nèi)混雜復(fù)合材料沖擊后彎曲性能的研究[D];東華大學(xué);2016年

2 徐歡歡;玻/碳混雜纖維復(fù)合材料的拉伸力學(xué)性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

3 金昌順;單模微波燒結(jié)腔內(nèi)電磁場分布規(guī)律及其影響因素的HFSS仿真研究[D];青島大學(xué);2009年

本文編號：2808955