碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料熱響應預報方法
發(fā)布時間：2021-07-12 09:45
為研究碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料在火災環(huán)境下的熱響應,考慮其在火災環(huán)境下的熱解過程,建立非線性熱響應方程組,利用有限差分法計算分析單側(cè)熱流作用下的材料內(nèi)部溫度-時間歷程與炭化規(guī)律。結(jié)果表明:建立的熱響應方程組可以有效預測碳纖維環(huán)氧樹脂的溫度-時間歷程,與實驗值吻合較好;隨著加熱時間延長,炭化層范圍逐漸擴大,溫度趨于穩(wěn)定,材料溫度-深度分布由非線性轉(zhuǎn)變?yōu)榫�性;隨著深度增加,碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料溫升速率減小,達到熱解所需的時間更長,炭化過程變慢,且單位溫度的密度變化量峰值隨深度增加向低溫方向移動;熱解反應區(qū)中不同深度位置的材料剩余質(zhì)量分數(shù)在同一溫度下不同,深度越大剩余質(zhì)量分數(shù)越小,炭化程度越高。
【文章來源】：材料工程. 2020,48(05)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
碳纖維復合材料在高溫環(huán)境下的各種響應
聚合物復合材料單側(cè)受熱的熱解反應過程
表1 材料性能參數(shù)[23]Table 1 Material performance parameters[23] Parameters Numerical value Virgin density/(kg·m-3) 1575 Char density/(kg·m-3) 1165 Virgin thermal conductivity/(W·m-1·℃-1) 1.1113×10-3T+0.61391 Char thermal conductivity/(W·m-1·℃-1) 1.1841×10-9T3-6.6846×10-7T2+1.1113×10-4T+0.12317 Virgin specific heat/(J·kg-1·℃-1) 2.8773T+687.31 Char specific heat/(J·kg-1·℃-1) 5.132×10-7T3-2.0761×10-3T2+2.599T+662.53 Specific heat of gases/(J·kg-1·℃-1) 3.5977×10-7T3-9.92485×10-7T2+1.0610T+1256.6 Activation energy,E/(J·mol-1) 181.73×103 Order of reaction,n 1.344 Pre-exponential factor,A/s-1 3.15×1011 Heat of decomposition/(J·kg-1) 107.32×103圖4為不同深度位置材料的溫升速率-時間歷程。可見,10 s之前,4個位置的溫升速率快速增大,1 mm位置溫升速率最大值為62 ℃·s-1,表明該位置溫度變化最為劇烈,這是由于火焰熱通量和材料熱擴散率主導的傳熱效應導致了材料溫度的快速升高,且該位置距離受熱面最近;隨著深度位置逐漸增加,溫升速率最大值逐漸降低,4 mm位置溫升速率最大值僅為10.5 ℃·s-1;達到峰值后,溫升速率逐漸降低,趨于0 ℃·s-1,這與圖3中的溫度-時間歷程相一致。這是由于當材料達到基體熱解溫度后,發(fā)生熱分解反應,吸收大量熱量,完成鍵的斷裂,且分解所產(chǎn)生的氣體逸出并發(fā)生遷移而帶走部分熱量[25],進一步導致溫升速率減小,溫度上升放緩。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]航空碳纖維樹脂基復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J]. 包建文,蔣詩才,張代軍. 科技導報. 2018(19)
[2]玻璃纖維/酚醛樹脂復合材料熱響應預報方法[J]. 李翰,樊茂華,馮振宇,解江. 復合材料學報. 2019(06)
[3]碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復合材料的研究進展[J]. 吳志剛. 天津科技. 2018(07)
[4]運輸類飛機的機身抗燒穿性適航要求解析[J]. 馬百平,李翰,鄒田春,解江. 航空工程進展. 2017(03)
[5]三維機織碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料在兩種測量方法下的熱響應機制對比[J]. 趙玉芬,宋磊磊,李嘉祿,焦亞男. 復合材料學報. 2018(01)
[6]飛機復合材料結(jié)構(gòu)適航符合性驗證思路研究[J]. 段敏鴿,劉存喜. 航空科學技術(shù). 2015(03)
[7]波音787起火事故引發(fā)的復合材料修理思考[J]. Robert Trebilcock,孫立. 航空維修與工程. 2014(04)
[8]玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復合材料熱分解動力學參數(shù)的確定[J]. 陳敏孫,江厚滿,劉澤金. 強激光與粒子束. 2010(09)
[9]碳纖維復合材料導熱系數(shù)研究[J]. 沈蓉影. 材料工程. 1993(03)
本文編號：3279678
【文章來源】：材料工程. 2020,48(05)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
碳纖維復合材料在高溫環(huán)境下的各種響應
聚合物復合材料單側(cè)受熱的熱解反應過程
表1 材料性能參數(shù)[23]Table 1 Material performance parameters[23] Parameters Numerical value Virgin density/(kg·m-3) 1575 Char density/(kg·m-3) 1165 Virgin thermal conductivity/(W·m-1·℃-1) 1.1113×10-3T+0.61391 Char thermal conductivity/(W·m-1·℃-1) 1.1841×10-9T3-6.6846×10-7T2+1.1113×10-4T+0.12317 Virgin specific heat/(J·kg-1·℃-1) 2.8773T+687.31 Char specific heat/(J·kg-1·℃-1) 5.132×10-7T3-2.0761×10-3T2+2.599T+662.53 Specific heat of gases/(J·kg-1·℃-1) 3.5977×10-7T3-9.92485×10-7T2+1.0610T+1256.6 Activation energy,E/(J·mol-1) 181.73×103 Order of reaction,n 1.344 Pre-exponential factor,A/s-1 3.15×1011 Heat of decomposition/(J·kg-1) 107.32×103圖4為不同深度位置材料的溫升速率-時間歷程。可見,10 s之前,4個位置的溫升速率快速增大,1 mm位置溫升速率最大值為62 ℃·s-1,表明該位置溫度變化最為劇烈,這是由于火焰熱通量和材料熱擴散率主導的傳熱效應導致了材料溫度的快速升高,且該位置距離受熱面最近;隨著深度位置逐漸增加,溫升速率最大值逐漸降低,4 mm位置溫升速率最大值僅為10.5 ℃·s-1;達到峰值后,溫升速率逐漸降低,趨于0 ℃·s-1,這與圖3中的溫度-時間歷程相一致。這是由于當材料達到基體熱解溫度后,發(fā)生熱分解反應,吸收大量熱量,完成鍵的斷裂,且分解所產(chǎn)生的氣體逸出并發(fā)生遷移而帶走部分熱量[25],進一步導致溫升速率減小,溫度上升放緩。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]航空碳纖維樹脂基復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J]. 包建文,蔣詩才,張代軍. 科技導報. 2018(19)
[2]玻璃纖維/酚醛樹脂復合材料熱響應預報方法[J]. 李翰,樊茂華,馮振宇,解江. 復合材料學報. 2019(06)
[3]碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復合材料的研究進展[J]. 吳志剛. 天津科技. 2018(07)
[4]運輸類飛機的機身抗燒穿性適航要求解析[J]. 馬百平,李翰,鄒田春,解江. 航空工程進展. 2017(03)
[5]三維機織碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料在兩種測量方法下的熱響應機制對比[J]. 趙玉芬,宋磊磊,李嘉祿,焦亞男. 復合材料學報. 2018(01)
[6]飛機復合材料結(jié)構(gòu)適航符合性驗證思路研究[J]. 段敏鴿,劉存喜. 航空科學技術(shù). 2015(03)
[7]波音787起火事故引發(fā)的復合材料修理思考[J]. Robert Trebilcock,孫立. 航空維修與工程. 2014(04)
[8]玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復合材料熱分解動力學參數(shù)的確定[J]. 陳敏孫,江厚滿,劉澤金. 強激光與粒子束. 2010(09)
[9]碳纖維復合材料導熱系數(shù)研究[J]. 沈蓉影. 材料工程. 1993(03)
本文編號：3279678
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