不同对流换热条件下复合材料层合板固化温度场与热应力分析

发布时间：2020-12-21 17:31

　　采用有限元方法,构建了3234/T300B复合材料层合板固化过程的物理模型以及数学模型。对不同对流换热条件下层合板固化时的温度场及热应力场进行了数值模拟。分析了不同对流换热系数对层合板固化阶段的热应力以及固化后残余热应力的影响。结果表明:上表面施加的对流换热系数越大,固化过程升温阶段层合板内部的热应力越小,固化残余热应力显著减小。当施加的对流换热系数由5 W/(m~2·K)增大到10 W/(m~2·K)时,温度和热应力的下降幅度最大。研究表明通过引入对流换热条件来减小固化过程升温阶段层合板热应力以及固化残余应力是可行的,也为优化热风枪固化方法提供了参数依据。 

【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020年01期 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

固化工艺温度曲线

本文基于有限元方法,采用CTD8T温度-位移耦合单元计算层合板在固化过程中的温度与热应力。为了保证结果的合理性,需要验证模型是否正确。因此参照文献[11]中3234/T300B层合板的固化工艺参数进行了固化过程的数值模拟,并与文献中同一工况下的实验数据比较。对比结果如图3所示。由图中可知仿真结果与实验数据基本相同,证明了本文的计算模型以及方法的正确性。5 结果和讨论

图6所示为层合板上表面赋予对流换热边界条件时中心节点N662在升温及保温阶段时的部分温度-时间曲线。由图中数据可知层合板中心点峰值温度发生变化。这是因为随着层合板上表面加载的膜系数增大,层合板向外界空气传递的热量增多,因此中心点峰值温度不断降低。随着对流换热条件的改变,向外传递的热量因膜系数的增大而趋近饱和,因此温度峰值降低的幅度减小。图7所示为中心节点N662在升温及保温阶段的热应力-时间历程曲线。由图7可以看出,无论膜系数的大小如何变化,温度峰值出现的时刻与热应力峰值出现的时刻基本一致。在进入保温阶段后,不同对流换热条件下的热应力值基本一致。引入与空气的对流换热,对于减小层合板的温度峰值和升温热应力有积极作用。在保温阶段,热应力大小基本不受膜系数的影响。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]热固性树脂基复合材料的固化变形数值模拟[D]. 王晓霞.山东大学 2012



本文编号：2930204