基于蒙特卡洛法分析纤维编织结构对辐射特性的影响

发布时间：2017-10-29 12:11

  本文关键词：基于蒙特卡洛法分析纤维编织结构对辐射特性的影响

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【摘要】：复合材料得益于其优良的性能,在工业领域受到广泛的应用。由于碳纤维诸多的优异性能,使其成为各种复合材料的原料,作为增强体,与不同基体复合,得到的碳纤维复合材料。在航天器的热防护方面,碳纤维复合材料发挥着重大的作用。因此,研究碳纤维复合材料热辐射特性,找出影响其热辐射特性的因素,对于提高碳纤维材料的发射率,提高的航天器的热防护性能有着重要的意义。碳纤维做复合材料的增强体时,可以将单根碳纤维材料编织后与基体复合;还可以将几百根或者上千根碳纤维组成碳纤维束,进行编织或者排列,再与不同的基体复合。本文选择碳纤维束作为研究对象,采用蒙特卡洛方法,使用Matlab软件编写程序,研究纤维束作为增强体时,其编织结构对材料的热辐射特性的影响。主要研究内容包括:在二维结构下,研究编织结构,纤维束的直径,纤维束间距和纤维束的体积比对材料热辐射特性的影响。针对顺序排列,错序排列,随机排列三种结构,研究不同结构对材料的光谱吸收率和反射率的影响;针对顺序排列,研究纤维束直径和纤维束的间距对材料的光谱吸收率和反射率的影响;针对随机排列,研究纤维束所占体积比对材料的光谱吸收率和反射率的影响。建立了2.5D和3D绞拧编织结的数学模型。在使用蒙塔卡洛方法进行计算时,为了得到编织结构中纤维束表面的数学描述,在真实结构的基础上做了一些简化。认为单根纤维束为圆柱体,纤维束按一定结构编织时,会发生弯曲变形,将弯曲后的纤维束的轴线方程近似的用余弦曲线来描述,得到编织结构的数学描述。针对三维乱序排列,研究纤维束体积比对材料的光谱吸收率和反射率影响;针对2.5D和3D绞拧编织两种不同编织结构时,研究材料的光谱吸收率和反射率,并对结果进行比较;针对3D绞拧编织结构的纤维布,研究纤维布的层数、纤维布层与层之间的位置关系对材料的光谱吸收率和反射率的影响;针对3D和2.5D绞拧编织结构,研究编织疏密程度对材料的光谱吸收率和反射率的影响。经计算对比发现,编织结构、纤维束所占体积比、几何尺寸、纤维布层数、层与层的位置关系、编织的疏密程度均会影响碳纤维材料的辐射特性参数。
【关键词】：编织结构 辐射特性 蒙特卡洛方法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TQ342.742
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题的研究背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及分析9-13
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.2.3 国内外文献综述的简析13
• 1.3 主要研究内容13-15
• 第2章 蒙特卡洛方法的求解方法和计算模型15-26
• 2.1 热辐射计算的蒙特卡洛方法15-19
• 2.1.1 蒙特卡洛方法基本思想15-16
• 2.1.2 蒙特卡洛方法在热辐射计算中的应用16-19
• 2.2 计算的概率模型和随机数的生成19-23
• 2.2.1 介质内辐射传递的概率模型19-22
• 2.2.2 随机数的产生方法22-23
• 2.3 光束的数学模型23-25
• 2.3.1 光束的数学描述23-24
• 2.3.2 坐标的转换24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 二维结构下碳纤维材料的辐射特性26-38
• 3.1 计算使用的数学模型26-27
• 3.1.1 纤维束表面的数学描述26-27
• 3.1.2 光线与纤维束表面的交点27
• 3.2 二维蒙特卡洛程序准确性验证27-30
• 3.3 不同结构的辐射特性计算30-37
• 3.3.1 纤维束结构对材料辐射特性的影响30-32
• 3.3.2 纤维束半径对材料辐射特性的影响32-33
• 3.3.3 纤维束的间距对材料辐射特性的影响33-35
• 3.3.4 纤维束的体积比对材料辐射特性的影响35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 三维结构下碳纤维材料的辐射特性38-58
• 4.1 纤维束表面的数学描述38-44
• 4.1.1 三维乱序结构的数学描述38-40
• 4.1.2 三维编织结构的数学描述40-44
• 4.2 三维蒙特卡洛程序准确性验证44-45
• 4.3 不同结构的辐射特性计算45-56
• 4.3.1 纤维束的体积比对材料辐射特性的影响45-47
• 4.3.2 编织结构对材料辐射特性的影响47-49
• 4.3.3 层数对材料辐射特性的影响49-51
• 4.3.4 层与层之间的位置关系对材料辐射特性的影响51-53
• 4.3.5 编织疏密程度对材料辐射特性的影响53-56
• 4.4 本章小结56-58
• 结论58-59
• 参考文献59-64
• 致谢64

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本文编号：1112912