樹脂基復(fù)合材料具有比重小、比強度和比模量高、抗疲勞性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點,在航空工業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。除了材料自身的性能以外,固化工藝對樹脂基復(fù)合材料的性能有很大的影響。本文采用以某航空常用環(huán)氧樹脂為基體,玻璃纖維為增強材料的樹脂基復(fù)合材料作為研究對象,針對采用熱風(fēng)槍進行加熱的固化過程進行了數(shù)值模擬和實驗研究,主要研究內(nèi)容為:(1)針對按比例混合的環(huán)氧樹脂及固化劑進行DSC實驗,通過實驗數(shù)據(jù)得到該樹脂的固化動力學(xué)參數(shù),獲取了固化工藝溫度曲線,為建立熱固化過程的物理模型和數(shù)學(xué)模型提供參數(shù)依據(jù)。(2)建立了樹脂基復(fù)合材料熱風(fēng)槍固化的物理模型以及基于熱對流、熱傳導(dǎo)、湍流運動和固化動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型,構(gòu)建了復(fù)合材料層合板固化過程中溫度場和熱應(yīng)力場的有限元計算方法。(3)構(gòu)建了不同進出口尺寸的空氣域有限元模型,搭建了熱風(fēng)槍固化實驗平臺,并結(jié)合實驗進行了模型合理性的驗證。通過有限元方法研究了進出口尺寸對層合板固化過程的影響。得到的結(jié)論如下:空氣域的進出口尺寸設(shè)計越大,湍流運動越劇烈,層合板升溫加快,但溫度梯度和熱應(yīng)力變化不大。(4)構(gòu)建了不同出口位置設(shè)計的空氣域有限元模型,數(shù)值分析了不同...

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
主要符號表
第一章 緒論
    1.1 選題依據(jù)與背景情況
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)外固化技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)外溫度場數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 國內(nèi)外熱應(yīng)力數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀
        1.2.4 國內(nèi)外多物理場耦合的有限元方法研究現(xiàn)狀
    1.3 課題研究的目的與意義
        1.3.1 課題研究的目的
        1.3.2 課題研究的意義
    1.4 主要研究內(nèi)容
    1.5 章節(jié)安排
第二章 熱風(fēng)槍固化過程中樹脂基復(fù)合材料的溫度場及熱應(yīng)力的有限元計算方法
    2.1 熱傳遞及對流換熱數(shù)學(xué)模型
        2.1.1 瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方程
        2.1.2 熱對流方程
        2.1.3 固化過程中的初始條件及邊界條件
    2.2 基于有限元方法的溫度場計算
    2.3 基于有限元方法的熱應(yīng)力場計算
    2.4 控制方程及湍流模型
        2.4.1 質(zhì)量守恒方程
        2.4.2 動量守恒方程
        2.4.3 能量守恒方程
        2.4.4 k-ε湍流模型
    2.5 本章小結(jié)
第三章 非等溫DSC法計算環(huán)氧樹脂固化動力學(xué)參數(shù)
    3.1 引言
    3.2非等溫DSC實驗
        3.2.1 實驗材料制備
        3.2.2 實驗儀器與設(shè)備
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 n級反應(yīng)動力學(xué)模型
        3.3.2 動態(tài)固化反應(yīng)下非等溫DSC曲線分析
        3.3.3 非等溫固化反應(yīng)動力學(xué)方程
        3.3.4 固化工藝曲線
    3.4 本章小結(jié)
第四章 空氣域出入口尺寸對層合板固化過程的影響
    4.1 引言
    4.2 物理模型的建立
    4.3 驗證模型合理性
        4.3.1 搭建實驗平臺
        4.3.2 熱風(fēng)槍固化實驗流程
        4.3.3 計算結(jié)果對比
    4.4 結(jié)果與討論
        4.4.1 出入口設(shè)計及湍流參數(shù)
        4.4.2 不同空氣域出入口尺寸對空氣域流場的影響
        4.4.3 不同空氣域出入口尺寸對層合板溫度場的影響
        4.4.4 不同空氣域出入口尺寸對層合板熱應(yīng)力的影響
    4.5 本章小結(jié)
第五章 空氣域出口位置設(shè)計對樹脂基復(fù)合材料層合板固化過程的影響
    5.1 引言
    5.2 不同出口位置的空氣域模型設(shè)計
    5.3 結(jié)果和討論
        5.3.1 不同出口位置設(shè)計對空氣域流場的影響
        5.3.2 不同出口位置設(shè)計對對流換熱的影響
        5.3.3 不同出口位置設(shè)計對層合板溫度場的影響
        5.3.4 不同出口位置設(shè)計對層合板熱應(yīng)力的影響
    5.4 本章小結(jié)
第六章 鋪層厚度對層合板熱風(fēng)槍固化過程的影響
    6.1 引言
    6.2 層合板鋪層設(shè)計
        6.2.1 常用的鋪層設(shè)計
        6.2.2 層合板不同鋪層厚度設(shè)計
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 不同鋪層厚度下復(fù)合材料層合板溫度場的變化
        6.3.2 不同鋪層厚度下復(fù)合材料層合板熱應(yīng)力場的變化
    6.4 本章小結(jié)
第七章 不同固化工藝對層合板保溫及降溫階段的影響
    7.1 引言
    7.2 熱風(fēng)槍和熱補儀固化方案
        7.2.1 固化工藝溫度曲線
        7.2.2 物理模型
        7.2.3 熱補儀固化邊界條件
    7.3 保溫及降溫過程的數(shù)值模擬結(jié)果與討論
        7.3.1 不同固化工藝下的溫度場分布
        7.3.2 不同固化工藝下的熱應(yīng)力分布
    7.4 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻
攻讀碩士期間取得的學(xué)術(shù)成果
致謝



本文編號：3825211