以樹脂基復合材料殼體固化工藝過程為基礎,對復合材料殼體的固化降溫過程進行了熱力耦合仿真計算,采用實體單元建立纖維纏繞殼體的數(shù)值分析模型,對殼體固化降溫過程模型內部的溫度場、軸向位移、應力進行了分析。結果表明,復合材料殼體和絕熱層在固化降溫過程中溫度不斷降低,芯模、空腔、芯軸的的溫度先升高后降低,固化降溫一段時間后,模型內部不同位置的溫差趨于穩(wěn)定;復合材料殼體在降溫過程中沿軸向向外膨脹,前封頭與后封頭極孔處的軸向位移分別為6.5 mm和4.3 mm,芯模和芯軸沿軸向收縮,通過比對,位移仿真結果與實測數(shù)據(jù)一致性較好;復合材料殼體應力隨固化降溫時間的增加不斷增大,筒段中部裙內纏繞層之間的層間剪應力大于裙外層間剪應力的值,裙連接段處裙外層間剪應力大于筒段中部層間剪應力的值。 

【文章來源】：固體火箭技術. 2020,43(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

封頭網格劃分

裙連接處網格劃分

在固化過程中，由于樹脂發(fā)生固化交聯(lián)反應，將出現(xiàn)放熱現(xiàn)象，故在復合材料纖維纏繞層中，其溫度分布和變化不僅是空間域的函數(shù)，而且也是時間域的函數(shù)；在復合材料固化過程中，當溫度由室溫按照一定控制程序升到最高溫度時，均需在該溫度下保持一定的時間，以確保殼體溫度基本達到平衡，并完成樹脂固化反應。因此，復合材料殼體的固化后的結構變形主要發(fā)生在固化降溫階段。依據(jù)復合材料殼體固化降溫開始時刻所測得的殼體內外面的實際溫度作為初始狀態(tài)。某復合材料殼體的固化降溫過程的兩個階段，即第一階段是固化爐溫度從155℃按給定的降溫速率降至80℃，第二階段是從80℃降至常溫20℃，這兩個階段是瞬態(tài)降溫過程，溫度隨時間改變。所以，要考慮材料的熱物理性能參數(shù)隨溫度的變化，定解方程具有非線性性質。圖1為固化降溫制度的溫度變化曲線。復合材料殼體固化降溫過程中，出現(xiàn)固化變形是由于纖維與樹脂熱膨脹系數(shù)不一致以及纖維各向線膨脹系數(shù)的差異導致的。因固化爐內環(huán)境的溫度變化在模型內部產生溫度梯度，進而產生熱應力。因此，文中復合材料殼體固化過程的仿真計算是將溫度場與應力場相互耦合求解。熱力耦合分析分為順序耦合熱應力分析和完全耦合熱應力分析，前者進行傳熱問題分析，將得到的溫度場作為已知條件，再進行熱應力分析，由于應力應變場和溫度場有強烈的相互作用，需耦合求解。本文采用完全耦合方法進行分析。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3297711