树脂基复合材料壳体固化降温过程的热力耦合分析

发布时间：2021-07-22 18:57

　　以树脂基复合材料壳体固化工艺过程为基础,对复合材料壳体的固化降温过程进行了热力耦合仿真计算,采用实体单元建立纤维缠绕壳体的数值分析模型,对壳体固化降温过程模型内部的温度场、轴向位移、应力进行了分析。结果表明,复合材料壳体和绝热层在固化降温过程中温度不断降低,芯模、空腔、芯轴的的温度先升高后降低,固化降温一段时间后,模型内部不同位置的温差趋于稳定;复合材料壳体在降温过程中沿轴向向外膨胀,前封头与后封头极孔处的轴向位移分别为6.5 mm和4.3 mm,芯模和芯轴沿轴向收缩,通过比对,位移仿真结果与实测数据一致性较好;复合材料壳体应力随固化降温时间的增加不断增大,筒段中部裙内缠绕层之间的层间剪应力大于裙外层间剪应力的值,裙连接段处裙外层间剪应力大于筒段中部层间剪应力的值。 

【文章来源】：固体火箭技术. 2020,43(03)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

封头网格划分

裙连接处网格划分

在固化过程中，由于树脂发生固化交联反应，将出现放热现象，故在复合材料纤维缠绕层中，其温度分布和变化不仅是空间域的函数，而且也是时间域的函数；在复合材料固化过程中，当温度由室温按照一定控制程序升到最高温度时，均需在该温度下保持一定的时间，以确保壳体温度基本达到平衡，并完成树脂固化反应。因此，复合材料壳体的固化后的结构变形主要发生在固化降温阶段。依据复合材料壳体固化降温开始时刻所测得的壳体内外面的实际温度作为初始状态。某复合材料壳体的固化降温过程的两个阶段，即第一阶段是固化炉温度从155℃按给定的降温速率降至80℃，第二阶段是从80℃降至常温20℃，这两个阶段是瞬态降温过程，温度随时间改变。所以，要考虑材料的热物理性能参数随温度的变化，定解方程具有非线性性质。图1为固化降温制度的温度变化曲线。复合材料壳体固化降温过程中，出现固化变形是由于纤维与树脂热膨胀系数不一致以及纤维各向线膨胀系数的差异导致的。因固化炉内环境的温度变化在模型内部产生温度梯度，进而产生热应力。因此，文中复合材料壳体固化过程的仿真计算是将温度场与应力场相互耦合求解。热力耦合分析分为顺序耦合热应力分析和完全耦合热应力分析，前者进行传热问题分析，将得到的温度场作为已知条件，再进行热应力分析，由于应力应变场和温度场有强烈的相互作用，需耦合求解。本文采用完全耦合方法进行分析。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3297711