發(fā)布時(shí)間：2021-08-03 19:23

　　針刺碳/碳（C/C）復(fù)合材料在超高溫環(huán)境下仍有很強(qiáng)的承載能力,已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域,在飛行器制作中所占比重越來(lái)越大,成為不可或缺的材料。針刺C/C復(fù)合材料應(yīng)用在熱力耦合的部件上,高溫力學(xué)性能十分重要,開(kāi)展高溫環(huán)境下的力學(xué)性能測(cè)試與表征對(duì)飛行器的可靠性設(shè)計(jì)具有重要作用。國(guó)內(nèi)外關(guān)于復(fù)合材料室溫下力學(xué)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)比較成熟,但高溫環(huán)境下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)缺失較為嚴(yán)重;高溫條件下,還面臨著試驗(yàn)周期長(zhǎng)、成本高、部分材料性能難以獲取有效數(shù)據(jù)。針對(duì)上述不足,本文采用通電加熱方式結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)針刺C/C材料的高溫狀態(tài)測(cè)試,獲得高溫環(huán)境下材料的拉伸力學(xué)性能,為材料的計(jì)算提供參數(shù)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外C/C復(fù)合材料室溫拉伸標(biāo)準(zhǔn)和高溫力學(xué)試驗(yàn)的構(gòu)造特點(diǎn),對(duì)高溫拉伸試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先設(shè)計(jì)出針刺C/C高溫拉伸試樣,完成試樣的有限元建模,對(duì)試樣的尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)優(yōu)化后試樣進(jìn)行通電加熱模擬和熱力耦合計(jì)算,得到其沿試樣拉伸方向和垂直試樣拉伸方向的溫度場(chǎng)分布情況及試樣整體的應(yīng)力分布情況,對(duì)高溫拉伸結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè),并設(shè)計(jì)了高溫試驗(yàn)的加載模式、加載速度以及升溫過(guò)程的相關(guān)參數(shù)。建立了通電加熱高溫力學(xué)系統(tǒng),對(duì)通電加熱過(guò)程中水冷... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同復(fù)合材料成型技術(shù)[6-7]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文-4-對(duì)比，Naxeco預(yù)制體的性能更加優(yōu)異，也成為后續(xù)的主要發(fā)展和研究方向。圖1-2Novoltex針刺技術(shù)和Naxeco針刺技術(shù)示意圖本世紀(jì)Snecma公司以降低成本為目的對(duì)Naxeco針刺技術(shù)進(jìn)行大量研究，并且擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，隨著技術(shù)的發(fā)展與完善，針刺C/C預(yù)制體成功應(yīng)用在航天等重大的項(xiàng)目中，并做出重大的貢獻(xiàn)，大大縮短了制備周期，降低了生產(chǎn)成本，并逐漸走向民用，例如航空領(lǐng)域中飛機(jī)的剎車(chē)片，采用針刺技術(shù)，提高了層間的剪切強(qiáng)度，改善了剎車(chē)性能。上世紀(jì)七十年代開(kāi)始[13]，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了對(duì)針刺預(yù)制體的研究。西北工業(yè)大學(xué)、中南大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等率先研制針刺預(yù)制體，并成功應(yīng)用于剎車(chē)盤(pán)；上海大學(xué)對(duì)預(yù)氧絲針刺預(yù)制體整體氈進(jìn)行了研究，經(jīng)過(guò)幾年的努力，在七十年代中后期，成功研發(fā)了整體氈預(yù)制體，并應(yīng)用到固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管喉稱(chēng)部位。西安航天復(fù)合材料研究所研究了針刺預(yù)制體整體氈的力學(xué)性能與針刺工藝參數(shù)的內(nèi)在規(guī)律，在九十年代建立了整體氈的生產(chǎn)線，并在本世紀(jì)初開(kāi)始研究高強(qiáng)度薄壁針刺預(yù)制體。隨著研究的深入，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)碳纖維的性能相較預(yù)氧化纖維的性能更加優(yōu)良，現(xiàn)階段的研究一般都以碳布/碳纖維的網(wǎng)胎結(jié)構(gòu)為主。我國(guó)的復(fù)合材料產(chǎn)品在某些方面相較于國(guó)外性能比較占優(yōu)，具有著一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。針刺碳纖維預(yù)制體性能均勻，層間性能較好，且工藝周期較短，成本較低，在科技領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的地位。1.2.2針刺C/C復(fù)合材料研究現(xiàn)狀針刺C/C復(fù)合材料由于Z向針刺纖維束的作用，導(dǎo)致材料內(nèi)部纖維發(fā)生屈曲等缺陷，部分纖維發(fā)生折斷，纖維分布隨機(jī)性較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，各個(gè)方向的力學(xué)性能相差較大，熱膨脹系數(shù)也是非線性的，與其細(xì)觀模型下的纖維結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。因此研究針刺C/C復(fù)合材料的力學(xué)性能?

≡褳ǖ緙尤鵲姆絞澆?惺匝欏?本章介紹了通電加熱的基本原理及特點(diǎn)，參照國(guó)內(nèi)外C/C復(fù)合材料室溫拉伸標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)高溫針刺C/C復(fù)合材料進(jìn)行拉伸試樣的優(yōu)化設(shè)計(jì)，探究了應(yīng)力集中系數(shù)與溫度場(chǎng)均勻性隨試樣寬度和倒角半徑的變化規(guī)律，獲得一種兼顧溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的高溫拉伸力學(xué)性能測(cè)試試樣，使之滿足在標(biāo)距段區(qū)域內(nèi)，溫度場(chǎng)較為均勻，溫度梯度較小，在標(biāo)距段處的拉伸應(yīng)力最大，保證試樣在高溫拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，斷裂位置在標(biāo)距段區(qū)域，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)的夾具以及試驗(yàn)過(guò)程中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使試驗(yàn)準(zhǔn)確的完成。2.2通電加熱基本原理及特點(diǎn)圖2-1所示為試樣直接通電加熱原理示意圖，當(dāng)電流通過(guò)不同電阻率的導(dǎo)電材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同大小的焦耳熱，利用焦耳熱對(duì)材料進(jìn)行加熱，材料溫度逐漸升高，停止供電后，加熱停止。材料通過(guò)試樣外表面對(duì)流和輻射進(jìn)行冷卻。圖2-1試樣通電加熱原理示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[6]針刺C/C復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度及漸進(jìn)失效數(shù)值預(yù)測(cè)[J]. 譚勇洋,燕瑛,李欣,郭方亮.  航空學(xué)報(bào). 2016(12)
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[9]基于平面模板自由拍攝的雙目立體測(cè)量系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定[J]. 張輝,張麗艷,陳江,趙轉(zhuǎn)萍.  航空學(xué)報(bào). 2007(03)
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碩士論文
[1]基于針刺工藝的碳/碳復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究[D]. 鄒佳俊.南京航空航天大學(xué) 2019
[2]Ta4HfC5-MoSi2-ZrB2陶瓷復(fù)合材料的制備及性能研究[D]. 王艷會(huì).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[3]導(dǎo)電陶瓷超高溫力學(xué)特性測(cè)試系統(tǒng)的研制及熱沖擊實(shí)驗(yàn)[D]. 馬樹(shù)明.重慶大學(xué) 2015
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本文編號(hào)：3320190