树脂基复合材料热风枪固化过程的数值模拟和实验研究
发布时间：2023-05-30 23:06
树脂基复合材料具有比重小、比强度和比模量高、抗疲劳性能好、化学稳定性好等优点,在航空工业中发挥着越来越重要的作用。除了材料自身的性能以外,固化工艺对树脂基复合材料的性能有很大的影响。本文采用以某航空常用环氧树脂为基体,玻璃纤维为增强材料的树脂基复合材料作为研究对象,针对采用热风枪进行加热的固化过程进行了数值模拟和实验研究,主要研究内容为:(1)针对按比例混合的环氧树脂及固化剂进行DSC实验,通过实验数据得到该树脂的固化动力学参数,获取了固化工艺温度曲线,为建立热固化过程的物理模型和数学模型提供参数依据。(2)建立了树脂基复合材料热风枪固化的物理模型以及基于热对流、热传导、湍流运动和固化动力学的数学模型,构建了复合材料层合板固化过程中温度场和热应力场的有限元计算方法。(3)构建了不同进出口尺寸的空气域有限元模型,搭建了热风枪固化实验平台,并结合实验进行了模型合理性的验证。通过有限元方法研究了进出口尺寸对层合板固化过程的影响。得到的结论如下:空气域的进出口尺寸设计越大,湍流运动越剧烈,层合板升温加快,但温度梯度和热应力变化不大。(4)构建了不同出口位置设计的空气域有限元模型,数值分析了不同...
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号表
第一章 绪论
1.1 选题依据与背景情况
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内外固化技术研究现状
1.2.2 国内外温度场数值模拟的研究现状
1.2.3 国内外热应力数值模拟的研究现状
1.2.4 国内外多物理场耦合的有限元方法研究现状
1.3 课题研究的目的与意义
1.3.1 课题研究的目的
1.3.2 课题研究的意义
1.4 主要研究内容
1.5 章节安排
第二章 热风枪固化过程中树脂基复合材料的温度场及热应力的有限元计算方法
2.1 热传递及对流换热数学模型
2.1.1 瞬态热传导方程
2.1.2 热对流方程
2.1.3 固化过程中的初始条件及边界条件
2.2 基于有限元方法的温度场计算
2.3 基于有限元方法的热应力场计算
2.4 控制方程及湍流模型
2.4.1 质量守恒方程
2.4.2 动量守恒方程
2.4.3 能量守恒方程
2.4.4 k-ε湍流模型
2.5 本章小结
第三章 非等温DSC法计算环氧树脂固化动力学参数
3.1 引言
3.2非等温DSC实验
3.2.1 实验材料制备
3.2.2 实验仪器与设备
3.3 结果与讨论
3.3.1 n级反应动力学模型
3.3.2 动态固化反应下非等温DSC曲线分析
3.3.3 非等温固化反应动力学方程
3.3.4 固化工艺曲线
3.4 本章小结
第四章 空气域出入口尺寸对层合板固化过程的影响
4.1 引言
4.2 物理模型的建立
4.3 验证模型合理性
4.3.1 搭建实验平台
4.3.2 热风枪固化实验流程
4.3.3 计算结果对比
4.4 结果与讨论
4.4.1 出入口设计及湍流参数
4.4.2 不同空气域出入口尺寸对空气域流场的影响
4.4.3 不同空气域出入口尺寸对层合板温度场的影响
4.4.4 不同空气域出入口尺寸对层合板热应力的影响
4.5 本章小结
第五章 空气域出口位置设计对树脂基复合材料层合板固化过程的影响
5.1 引言
5.2 不同出口位置的空气域模型设计
5.3 结果和讨论
5.3.1 不同出口位置设计对空气域流场的影响
5.3.2 不同出口位置设计对对流换热的影响
5.3.3 不同出口位置设计对层合板温度场的影响
5.3.4 不同出口位置设计对层合板热应力的影响
5.4 本章小结
第六章 铺层厚度对层合板热风枪固化过程的影响
6.1 引言
6.2 层合板铺层设计
6.2.1 常用的铺层设计
6.2.2 层合板不同铺层厚度设计
6.3 结果与讨论
6.3.1 不同铺层厚度下复合材料层合板温度场的变化
6.3.2 不同铺层厚度下复合材料层合板热应力场的变化
6.4 本章小结
第七章 不同固化工艺对层合板保温及降温阶段的影响
7.1 引言
7.2 热风枪和热补仪固化方案
7.2.1 固化工艺温度曲线
7.2.2 物理模型
7.2.3 热补仪固化边界条件
7.3 保温及降温过程的数值模拟结果与讨论
7.3.1 不同固化工艺下的温度场分布
7.3.2 不同固化工艺下的热应力分布
7.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士期间取得的学术成果
致谢
本文编号：3825211
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号表
第一章 绪论
1.1 选题依据与背景情况
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内外固化技术研究现状
1.2.2 国内外温度场数值模拟的研究现状
1.2.3 国内外热应力数值模拟的研究现状
1.2.4 国内外多物理场耦合的有限元方法研究现状
1.3 课题研究的目的与意义
1.3.1 课题研究的目的
1.3.2 课题研究的意义
1.4 主要研究内容
1.5 章节安排
第二章 热风枪固化过程中树脂基复合材料的温度场及热应力的有限元计算方法
2.1 热传递及对流换热数学模型
2.1.1 瞬态热传导方程
2.1.2 热对流方程
2.1.3 固化过程中的初始条件及边界条件
2.2 基于有限元方法的温度场计算
2.3 基于有限元方法的热应力场计算
2.4 控制方程及湍流模型
2.4.1 质量守恒方程
2.4.2 动量守恒方程
2.4.3 能量守恒方程
2.4.4 k-ε湍流模型
2.5 本章小结
第三章 非等温DSC法计算环氧树脂固化动力学参数
3.1 引言
3.2非等温DSC实验
3.2.1 实验材料制备
3.2.2 实验仪器与设备
3.3 结果与讨论
3.3.1 n级反应动力学模型
3.3.2 动态固化反应下非等温DSC曲线分析
3.3.3 非等温固化反应动力学方程
3.3.4 固化工艺曲线
3.4 本章小结
第四章 空气域出入口尺寸对层合板固化过程的影响
4.1 引言
4.2 物理模型的建立
4.3 验证模型合理性
4.3.1 搭建实验平台
4.3.2 热风枪固化实验流程
4.3.3 计算结果对比
4.4 结果与讨论
4.4.1 出入口设计及湍流参数
4.4.2 不同空气域出入口尺寸对空气域流场的影响
4.4.3 不同空气域出入口尺寸对层合板温度场的影响
4.4.4 不同空气域出入口尺寸对层合板热应力的影响
4.5 本章小结
第五章 空气域出口位置设计对树脂基复合材料层合板固化过程的影响
5.1 引言
5.2 不同出口位置的空气域模型设计
5.3 结果和讨论
5.3.1 不同出口位置设计对空气域流场的影响
5.3.2 不同出口位置设计对对流换热的影响
5.3.3 不同出口位置设计对层合板温度场的影响
5.3.4 不同出口位置设计对层合板热应力的影响
5.4 本章小结
第六章 铺层厚度对层合板热风枪固化过程的影响
6.1 引言
6.2 层合板铺层设计
6.2.1 常用的铺层设计
6.2.2 层合板不同铺层厚度设计
6.3 结果与讨论
6.3.1 不同铺层厚度下复合材料层合板温度场的变化
6.3.2 不同铺层厚度下复合材料层合板热应力场的变化
6.4 本章小结
第七章 不同固化工艺对层合板保温及降温阶段的影响
7.1 引言
7.2 热风枪和热补仪固化方案
7.2.1 固化工艺温度曲线
7.2.2 物理模型
7.2.3 热补仪固化边界条件
7.3 保温及降温过程的数值模拟结果与讨论
7.3.1 不同固化工艺下的温度场分布
7.3.2 不同固化工艺下的热应力分布
7.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士期间取得的学术成果
致谢
本文编号：3825211
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