纤维增强复合材料VARTM工艺树脂固化过程中温度场的研究

发布时间：2017-09-25 01:11

  本文关键词：纤维增强复合材料VARTM工艺树脂固化过程中温度场的研究

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【摘要】：树脂基纤维增强复合材料通常是由增强材料与基体材料经过一定的成型工艺而形成综合性能比较优异的复合材料。复合材料制品在固化成型过程中,温度是影响产品质量和生产效率的主要因素之一,不同部位的温度分布及其变化情况直接影响复合材料的固化过程,从而影响复合材料的性能和质量。此外模具材料和复合材料的参数也对复合材料的温度场的影响较大,在固化反应过程中,这些复合材料的参数会随着温度而改变,导致复合材料各个部位的温度变化不一。因此了解和改进复合材料成型过程中温度场的分布是目前企业和生产商比较关注的问题,合理的温度分布能够提高产品的质量,从而改进制品的性能。本文以R688型环氧树脂、H3268型固化剂和双轴向玻璃纤维为研究对象,通过模拟和实验探讨了常温下树脂基纤维增强复合材料固化过程中温度的变化规律,为提高产品质量提供了理论依据。本文的主要研究成果如下:首先,采用不同升温速率对VARTM用热固性环氧树脂进行DCS分析测试,获取相对应的热流曲线,根据热流曲线求导出相应的固化度,同时基于Kissinger方程和Crane方程计算出固化三因子(即指前因子、活化能和反应级数),最后利用这些相关参数求解出对应的固化动力学方程。然后,基于热传导和固化动力学理论,采用有限元法建立复合材料的物理模型和数学模型,根据环氧树脂固化动力学方程的参数采用C语言来编写固化动力学方程的热源项,通过UDF在编译时被嵌入数据库并与fluent连接,依据fluent来模拟复合材料在固化过程中固化放热和温度变化情况。最后,以R688型环氧树脂为基体、玻璃纤维布为增强材料使用VARTM工艺固化成型中进行温度场的监测实验,通过温度记录仪采集预埋入纤维布中数点位置的热电偶的温度,记录复合材料在固化过程中不同位置和不同时刻的温度变化情况。将模拟的情况与实验的结果进行对比,从而验证模型的准确性。
【关键词】：VARTM 固化 温度场 热传导 固化动力学
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 VARTM成型工艺的概述及特点10-13
• 1.2.1 VARTM概述10-11
• 1.2.2 VARTM工艺特点11-12
• 1.2.3 VARTM工艺的应用12-13
• 1.3 环氧树脂、固化剂及玻璃纤维简介13-17
• 1.3.1 环氧树脂13-14
• 1.3.2 固化剂14-15
• 1.3.3 环氧树脂固化成型15-17
• 1.3.4 玻璃纤维17
• 1.4 国内外研究现状17-22
• 1.4.1 国内温度场的研究进展18-20
• 1.4.2 国外温度场的研究进展20-22
• 1.5 课题来源及研究内容22-23
• 1.6 本章小结23-24
• 第2章 热固性树脂固化温度场的数学模型24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 热传导24-26
• 2.2.1 基本概念24-25
• 2.2.2 热传导方程25-26
• 2.3 热固性树脂固化动力学理论研究26-34
• 2.3.1 实验部分27-29
• 2.3.2 DSC实验结果与讨论29-30
• 2.3.3 固化动力学理论30-34
• 2.4 初始条件34-35
• 2.5 模拟方法35-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第3章 基于Fluent有限元温度场模拟38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 Fluent和UDF简介38-40
• 3.2.1 Fluent简介38-39
• 3.2.2 UDF简介39
• 3.2.3 系统实现39-40
• 3.3 物理模型的建立40-41
• 3.3.1 几何模型40
• 3.3.2 网格划分40-41
• 3.4 参数设定41-44
• 3.5 UDF的编译44
• 3.6 边界条件的设定44-46
• 3.7 求解器46
• 3.8 残差监测46-47
• 3.9 迭代步47-48
• 3.10 其它设定48-49
• 3.11 本章小结49-50
• 第4章 复合材料固化温度监测实验50-57
• 4.1 引言50
• 4.2 实验材料及主要设备50-51
• 4.3 实验步骤51-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 模拟和实验结果分析57-66
• 5.1 模拟结果与分析57-62
• 5.1.1 层合板不同时间段的温度分布云图57-59
• 5.1.2 层合板不同位置点的温度变化情况59-61
• 5.1.3 层合板温度相差最大位置温度变化情况61-62
• 5.2 实验结果与分析62-65
• 5.2.1 层合板不同位置点的温度变化情况62-64
• 5.2.2 实验与模拟的对比情况64-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第6章 结论与展望66-69
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-74
• 攻读学位期间研究成果74

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本文编号：914502