热固性树脂基复合材料构件的固化变形仿真研究

发布时间：2020-06-24 22:28

【摘要】：树脂基复合材料以其较高的比强度、比模量以及较强的可设计性等特点广泛应用于航空航天领域中。先进树脂基复合材料的用量已经成为衡量航空器先进性的重要标志。热固化成型作为树脂基复合材料成型的主要方式,固化工艺在很大程度上决定了复合材料构件的质量和性能。树脂基复合材料在固化过程中,由于受到环境因素、材料的热胀冷缩、树脂的固化收缩以及和模具的相互作用等因素的影响,材料内部会形成复杂的温度场,导致复合材料固化不均匀,从而产生残余应力,构件在固化结束脱模后由于残余应力的作用产生固化变形,严重影响构件的质量和几何精度。因此,研究复合材料的固化变形对提高产品质量和降低生产成本具有重要意义。本文基于热补仪固化工艺,建立了树脂基复合材料热固化物理模型。根据固化动力学、传热学和弹性力学等理论建立了计算复合材料热固化过程中各场变量的数学模型。计算了层合板的温度场和固化度场,并且通过和参考文献中的实验结果对比验证了热传导和固化动力学模型的可行性和精度。计算了在固化过程中层合板上表面采用不同的热边界条件对不同厚度层合板固化过程的影响,计算结果表明:层合板上表面采用定温边界条件时,层合板峰值温度和温度梯度最低;层合板上表面采用绝热边界条件时,峰值温度和温度梯度最高;层合板厚度越大,峰值温度越高,温度梯度越大。计算了在是否考虑模具-构件相互作用情况下C型构件的固化变形量,结果表明当考虑模具的导热和热膨胀作用时计算结果更加接近实验值。计算了固化工艺参数和复合材料性能参数对C型构件固化变形的影响,计算结果表明:树脂固化收缩率和纤维体积分数对复合材料C型构件变形影响较大,树脂的固化收缩率越高,构件的固化变形越大,固化收缩率与固化变形呈线性正相关;复合材料的纤维体积分数越大,构件的固化变形越小;随着固化温度的增加、升温和降温速率的提高,构件的固化变形略微增大,但总体影响较小。根据C型构件的固化变形参数,提出了对模具形面进行补偿优化的方法,通过数值计算发现该补偿方法能够明显的降低构件的固化变形。
【学位授予单位】：中国民用航空飞行学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V258;TB33
【图文】：

图 1.2 波音 787 飞机的机身材料分布以及材料所占比重但是复合材料也存在一些缺点，如材料的工艺稳定性差、材料性能分散性大()、抗冲击能力低和层间剪切强度差等[7]，所以需要根据复合材料构件的特点对

热补仪面板(a)和固化程序编辑界面(b)

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本文编号：2728443