【摘要】：三維機織整體中空復(fù)合材料是一種發(fā)展較快的新型復(fù)合材料,正逐步占領(lǐng)傳統(tǒng)蜂窩的使用范圍并得到廣泛應(yīng)用,但目前面板增強中空夾芯構(gòu)件的制造主要采用先固化中空夾芯后膠接增強面板的方法,該方法存在以下缺點:1)制造過程耗時比較長;2)制造過程能耗高;3)樹脂含量的均勻性比較難控制,容易造成膠液富集在下面層;4)不容易控制芯柱的直立性。本文提出了利用微波來固化成型中空夾芯構(gòu)件的技術(shù)構(gòu)想,對面板增強中空夾芯構(gòu)件微波固化技術(shù)基礎(chǔ)進行研究。主要研究工作和成果如下:建立了面板增強中空夾芯構(gòu)件微波固化熱化學(xué)模型。針對面板增強中空夾芯構(gòu)件,建立了包含吸收微波生成熱和樹脂固化反應(yīng)熱的三維傅立葉熱傳導(dǎo)方程,并根據(jù)面板增強中空夾芯構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點,推導(dǎo)出構(gòu)件密度、比熱、X、Y、Z向熱傳導(dǎo)率、微波內(nèi)生熱、樹脂固化內(nèi)生熱等參數(shù)的計算公式,將上述參數(shù)代入三維傅立葉熱傳導(dǎo)方程,建立了面板增強中空夾芯構(gòu)件微波固化過程的熱化學(xué)模型,為模擬面板增強中空夾芯構(gòu)件微波固化過程,優(yōu)化確定相關(guān)工藝參數(shù)提供了理論指導(dǎo)。針對航空航天行業(yè)廣泛應(yīng)用E51/DDS樹脂體系的現(xiàn)狀,建立了E51/DDS體系面板增強中夾芯構(gòu)件微波固化熱化學(xué)模型。開展DSC實驗測得E51/DDS不同升溫速率下固化放熱曲線,通過擬合實驗數(shù)據(jù)計算E51/DDS體系固化動力學(xué)方程的活化能、指前常數(shù)、反應(yīng)級數(shù)、擴散系數(shù)函數(shù)的參數(shù),建立了能準(zhǔn)確描述E51/DDS體系固化特性的固化動力學(xué)方程,將該方程及E51/DDS體系密度及比熱參數(shù)代入前述所建立通用熱化學(xué)模型,得到E51/DDS體系面板增強中夾芯構(gòu)件微波固化熱化學(xué)模型。利用Abaqus有限元軟件對E51/DDS面板增強中空夾芯構(gòu)件微波固化過程進行有限元計算分析,獲得關(guān)鍵參數(shù)對溫度場和固化度場的影響規(guī)律。開展系列實驗研究關(guān)鍵參數(shù)對E51/DDS面板增強中空夾芯構(gòu)件固化均勻性及力學(xué)性能的影響規(guī)律,根據(jù)實驗結(jié)果與有限元計算分析所得規(guī)律的一致性,間接驗證所建立熱化學(xué)模型的有效性。提出了一種固化成型面板增強中空夾芯構(gòu)件的方法。該方法是既能保證構(gòu)件芯柱直立性又能高效加工構(gòu)件的微波固化方法。實驗表明該方法比傳統(tǒng)微波制造面板增強中空夾芯構(gòu)件的方法更有助于提高構(gòu)件的質(zhì)量,降低固化能耗,與傳統(tǒng)分兩次加工的膠接固化方式相比明顯縮短了加工時間。提出了一種新型多層異質(zhì)材料組合模具。該模具為中間可抽拔三明治結(jié)構(gòu),上層模具由高透波高導(dǎo)熱性低膨脹系數(shù)的輕質(zhì)材料制成,中層模具由吸收微波發(fā)熱或透波的輕質(zhì)材料制成。底層模具由高透波、高絕熱性、高比強輕質(zhì)材料制成。該模具提高了微波能量利用的有效性,減少了能量損失,增加了模具的通用性,減少了構(gòu)件的幾何變形和殘余應(yīng)力。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V262
【圖文】：

平壓強度、彎曲強度二者相差不大，且中空夾芯為整體一次成型，一體性好，因此，在很多工程環(huán)境下的實際使用中可替代傳統(tǒng)蜂窩夾芯復(fù)材。②與無面板加強中空夾芯相比，面板增強中空夾芯，如圖1.1(d)所示，彎曲剛度得到相當(dāng)大的提高，可以廣泛使用在工程領(lǐng)域中。在風(fēng)力能源應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電用機艙罩、風(fēng)力發(fā)電用機導(dǎo)流罩、葉片等零件上。在船艇應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用在船體、甲板、內(nèi)裝、門、活動鋪板、機艙蓋板等零件上。在雙層儲罐應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用在雙壁玻璃鋼罐、雙壁鋼-玻璃鋼罐體、雙壁油罐等容器上。在建筑應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用在內(nèi)裝飾板、增強石材、覆蓋層（內(nèi)部和外部墻蓋） 、廣告牌、雷達圓頂、工業(yè)屋面、公用事業(yè)艙室、活動板房等部件上。在航空應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用在內(nèi)飾板、小型飛機殼體、貨艙地板、航空集裝箱、雷達罩等部件上。在航天工程應(yīng)用領(lǐng)域，目前大多應(yīng)用在運載火箭的整流罩上。在交通應(yīng)用領(lǐng)域

體、貨艙地板、航空集裝箱、雷達罩等部件上。在航天工程應(yīng)用領(lǐng)域，目前大多應(yīng)用在運載火箭的整流罩上。在交通應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用在廂式保溫車、地板、天花板、分割墻、導(dǎo)流罩、內(nèi)飾板、門、隔音板、通風(fēng)管道等部件上。常見典型零件如圖1.2所示。[13]-[15]

【參考文獻】

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本文編號：2723537