以樹(shù)脂基復(fù)合材料殼體固化工藝過(guò)程為基礎(chǔ),對(duì)復(fù)合材料殼體的固化降溫過(guò)程進(jìn)行了熱力耦合仿真計(jì)算,采用實(shí)體單元建立纖維纏繞殼體的數(shù)值分析模型,對(duì)殼體固化降溫過(guò)程模型內(nèi)部的溫度場(chǎng)、軸向位移、應(yīng)力進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,復(fù)合材料殼體和絕熱層在固化降溫過(guò)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(shí)間后,模型內(nèi)部不同位置的溫差趨于穩(wěn)定;復(fù)合材料殼體在降溫過(guò)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(guò)比對(duì),位移仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)一致性較好;復(fù)合材料殼體應(yīng)力隨固化降溫時(shí)間的增加不斷增大,筒段中部裙內(nèi)纏繞層之間的層間剪應(yīng)力大于裙外層間剪應(yīng)力的值,裙連接段處裙外層間剪應(yīng)力大于筒段中部層間剪應(yīng)力的值。 

【文章來(lái)源】：固體火箭技術(shù). 2020,43(03)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

封頭網(wǎng)格劃分

裙連接處網(wǎng)格劃分

在固化過(guò)程中，由于樹(shù)脂發(fā)生固化交聯(lián)反應(yīng)，將出現(xiàn)放熱現(xiàn)象，故在復(fù)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(shí)間域的函數(shù)；在復(fù)合材料固化過(guò)程中，當(dāng)溫度由室溫按照一定控制程序升到最高溫度時(shí)，均需在該溫度下保持一定的時(shí)間，以確保殼體溫度基本達(dá)到平衡，并完成樹(shù)脂固化反應(yīng)。因此，復(fù)合材料殼體的固化后的結(jié)構(gòu)變形主要發(fā)生在固化降溫階段。依據(jù)復(fù)合材料殼體固化降溫開(kāi)始時(shí)刻所測(cè)得的殼體內(nèi)外面的實(shí)際溫度作為初始狀態(tài)。某復(fù)合材料殼體的固化降溫過(guò)程的兩個(gè)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(gè)階段是瞬態(tài)降溫過(guò)程，溫度隨時(shí)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(xiàn)性性質(zhì)。圖1為固化降溫制度的溫度變化曲線(xiàn)。復(fù)合材料殼體固化降溫過(guò)程中，出現(xiàn)固化變形是由于纖維與樹(shù)脂熱膨脹系數(shù)不一致以及纖維各向線(xiàn)膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致的。因固化爐內(nèi)環(huán)境的溫度變化在模型內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度，進(jìn)而產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此，文中復(fù)合材料殼體固化過(guò)程的仿真計(jì)算是將溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)相互耦合求解。熱力耦合分析分為順序耦合熱應(yīng)力分析和完全耦合熱應(yīng)力分析，前者進(jìn)行傳熱問(wèn)題分析，將得到的溫度場(chǎng)作為已知條件，再進(jìn)行熱應(yīng)力分析，由于應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)和溫度場(chǎng)有強(qiáng)烈的相互作用，需耦合求解。本文采用完全耦合方法進(jìn)行分析。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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