面板增强中空夹芯复材构件微波固化技术基础研究

发布时间：2020-06-21 04:47

【摘要】：三维机织整体中空复合材料是一种发展较快的新型复合材料,正逐步占领传统蜂窝的使用范围并得到广泛应用,但目前面板增强中空夹芯构件的制造主要采用先固化中空夹芯后胶接增强面板的方法,该方法存在以下缺点:1)制造过程耗时比较长;2)制造过程能耗高;3)树脂含量的均匀性比较难控制,容易造成胶液富集在下面层;4)不容易控制芯柱的直立性。本文提出了利用微波来固化成型中空夹芯构件的技术构想,对面板增强中空夹芯构件微波固化技术基础进行研究。主要研究工作和成果如下:建立了面板增强中空夹芯构件微波固化热化学模型。针对面板增强中空夹芯构件,建立了包含吸收微波生成热和树脂固化反应热的三维傅立叶热传导方程,并根据面板增强中空夹芯构件的结构特点,推导出构件密度、比热、X、Y、Z向热传导率、微波内生热、树脂固化内生热等参数的计算公式,将上述参数代入三维傅立叶热传导方程,建立了面板增强中空夹芯构件微波固化过程的热化学模型,为模拟面板增强中空夹芯构件微波固化过程,优化确定相关工艺参数提供了理论指导。针对航空航天行业广泛应用E51/DDS树脂体系的现状,建立了E51/DDS体系面板增强中夹芯构件微波固化热化学模型。开展DSC实验测得E51/DDS不同升温速率下固化放热曲线,通过拟合实验数据计算E51/DDS体系固化动力学方程的活化能、指前常数、反应级数、扩散系数函数的参数,建立了能准确描述E51/DDS体系固化特性的固化动力学方程,将该方程及E51/DDS体系密度及比热参数代入前述所建立通用热化学模型,得到E51/DDS体系面板增强中夹芯构件微波固化热化学模型。利用Abaqus有限元软件对E51/DDS面板增强中空夹芯构件微波固化过程进行有限元计算分析,获得关键参数对温度场和固化度场的影响规律。开展系列实验研究关键参数对E51/DDS面板增强中空夹芯构件固化均匀性及力学性能的影响规律,根据实验结果与有限元计算分析所得规律的一致性,间接验证所建立热化学模型的有效性。提出了一种固化成型面板增强中空夹芯构件的方法。该方法是既能保证构件芯柱直立性又能高效加工构件的微波固化方法。实验表明该方法比传统微波制造面板增强中空夹芯构件的方法更有助于提高构件的质量,降低固化能耗,与传统分两次加工的胶接固化方式相比明显缩短了加工时间。提出了一种新型多层异质材料组合模具。该模具为中间可抽拔三明治结构,上层模具由高透波高导热性低膨胀系数的轻质材料制成,中层模具由吸收微波发热或透波的轻质材料制成。底层模具由高透波、高绝热性、高比强轻质材料制成。该模具提高了微波能量利用的有效性,减少了能量损失,增加了模具的通用性,减少了构件的几何变形和残余应力。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V262
【图文】：

夹芯结构,构件,应用领域

平压强度、弯曲强度二者相差不大，且中空夹芯为整体一次成型，一体性好，因此，在很多工程环境下的实际使用中可替代传统蜂窝夹芯复材。②与无面板加强中空夹芯相比，面板增强中空夹芯，如图1.1(d)所示，弯曲刚度得到相当大的提高，可以广泛使用在工程领域中。在风力能源应用领域，应用在风力发电用机舱罩、风力发电用机导流罩、叶片等零件上。在船艇应用领域，应用在船体、甲板、内装、门、活动铺板、机舱盖板等零件上。在双层储罐应用领域，应用在双壁玻璃钢罐、双壁钢-玻璃钢罐体、双壁油罐等容器上。在建筑应用领域，应用在内装饰板、增强石材、覆盖层（内部和外部墙盖）、广告牌、雷达圆顶、工业屋面、公用事业舱室、活动板房等部件上。在航空应用领域，应用在内饰板、小型飞机壳体、货舱地板、航空集装箱、雷达罩等部件上。在航天工程应用领域，目前大多应用在运载火箭的整流罩上。在交通应用领域

夹芯,构件,应用领域,航空集装箱

体、货舱地板、航空集装箱、雷达罩等部件上。在航天工程应用领域，目前大多应用在运载火箭的整流罩上。在交通应用领域，应用在厢式保温车、地板、天花板、分割墙、导流罩、内饰板、门、隔音板、通风管道等部件上。常见典型零件如图1.2所示。[13]-[15]

【参考文献】