基于FDTD方法碳纤维复合材料光谱辐射特性数值模拟

发布时间：2023-05-07 05:11

　　高温火焰和高速飞行器飞行时与空气摩擦都会产生大量的热,热源释放出巨大的热能会带来安全隐患,造成安全事故。良好的热防护可以提高高速飞行器的安全性能,避免由热造成的解体事故。碳纤维耐热性能好、抗腐蚀能力强,被广泛应用于高速飞行器及航天器的热防护中。通过光谱辐射特性的理论研究计算,可以为改进材料结构,增强热防护能力提供理论基础。本文采用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain)方法,根据文献建立碳纤维的纵轴平行随机排布(2D随机排布)和碳纤维纵轴不平行排布(3D随机排布)的物理模型,确定仿真计算网格精度,针对碳纤维随机排布方式、含量和半径对其光谱辐射特性的影响,计算4种不同含量的等半径与非等半径三种随机排布方式下,碳纤维在2.5μm-15μm波段散射、与吸收因子的变化趋势。针对结构排布方式,分析对比随机排布与均匀排布,3D随机排布与2D随机排布对碳纤维散射、吸收因子或散射、吸收截面的相对偏差。计算分析基体对碳纤维复合材料光谱辐射特性的影响,在碳纤维中加入SiC基体、Mg基体,以及在SiC基体加入碳纳米管后,碳纤维复合材料的散射、吸收因子的变化趋势。结果表明碳...

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究概况
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 FDTD方法基本理论
    2.1 FDTD基本原理
        2.1.1 Maxwell方程组
        2.1.2 FDTD的 Yee元胞
    2.2 FDTD基本公式
    2.3 散射因子与吸收因子计算公式
    2.4 碳纤维计算模型
        2.4.1 碳纤维材料数据选择
        2.4.2 碳纤维材料物理模型
        2.4.3 网格精度
    2.5 本章小结
第3章 结构排布对碳纤维光谱辐射特性影响
    3.1 含量对碳纤维光谱辐射特性影响分析
    3.2 随机排布碳纤维光谱辐射特性影响分析
        3.2.1 等半径随机排布对光谱辐射特性影响分析
        3.2.2 非等半径随机排布对光谱辐射特性影响分析
    3.3 随机排布与均匀排布方式对光谱辐射特性对比分析
        3.3.1 均匀排布物理模型
        3.3.2 散射因子与吸收因子计算及分析
    3.4 3D随机排布结构碳纤维光谱辐射特性
        3.4.1 3D随机排布物理模型
        3.4.2 散射截面与吸收截面计算及分析
    3.5 本章小结
第4章 碳纤维复合材料光谱辐射特性影响分析
    4.1 C/SiC复合材料的光谱辐射特性计算分析
        4.1.1 C/SiC复合材料物理模型
        4.1.2 C/SiC复合材料光谱辐射特性
    4.2 碳纤维增强镁基复合材料光谱辐射特性计算分析
        4.2.1 碳纤维增强镁基复合材料物理模型
        4.2.2 Mg基体对碳纤维复合材料的光谱辐射特性影响分析
    4.3 碳纳米管增强碳纤维复合材料的光谱辐射特性计算分析
        4.3.1 碳纳米管增强碳纤维复合材料物理模型
        4.3.2 碳纳米管对碳纤维复合材料的辐射特性影响分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术成果
致谢



本文编号：3810342