树脂基复合材料修补片固化过程中的温度场及热应力分析

发布时间：2017-09-19 03:38

  本文关键词：树脂基复合材料修补片固化过程中的温度场及热应力分析

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【摘要】：复合材料具有重量轻、比刚度大、弹性优良、强度高、抗疲劳性能好、加工成型方便及可设计性能好等优点,历经多年发展,最初作为次承力结构的复合材料逐渐发展应用到了现在的主承力结构上。复合材料成型的方法有很多,热固化成型是其主要方式之一。在树脂基复合材料修补片固化过程中,外部环境温度的变化和内部固化反应产生的化学热相互耦合,使修补片内部产生复杂的温度分布和变化,这种复杂的温度场对复合材料固化的均匀性和材料内部的热应力都会产生影响,从而影响其固化质量。 本文以3234/T300B树脂基复合材料为研究对象,研究了热补仪加热固化条件下树脂基复合材料预浸料修补片在不同固化阶段的温度场和热应力变化和分布规律。研究结果可为减小修补片固化过程中的热应力,优化复合材料修补片固化过程,提高挖补修理固化工艺提供数值依据。主要内容为： (1)实验研究了树脂基复合材料的挖补修理方法和过程,设计了热补仪加热固化工艺温度曲线。 (2)建立了复合材料修补片的物理模型和有限元数学模型,研究了不同形状和不同厚度的修补片内的温度场。结果表明：修补片内部不同点的温度和固化度随时间的变化趋势相同。 (3)分析了升温速率、修补片厚度及挖补角度等因素对修补片固化过程中内部温度场和固化度的影响。升温速率越快,固化开始时间越早,固化完成时间越短；厚修补片固化开始的时间较晚,但内部反应物质充足,因此完成固化所需要的时间较短；挖补角度越大,厚修补片非中心点处温度峰值越高,固化速度越快。 (4)分析了厚度对梯形台修补片内部的热应力分布的影响以及升温速率和挖补角度对厚截面梯形台修补片内部热应力的影响。升温速率越高,修补片内部的热应力越大；厚修补片内热应力大于薄修补片内热应力。挖补角度越大修补片内部热应力的分布越复杂,挖补角度越小,修补片内部的热应力分布越清晰,且热应力从内部到外部逐渐减小。但挖补角度越小,修补片内部的热应力越大。
【关键词】：树脂基复合材料 修补片 热固化 温度场 热应力
【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】：2015
【分类号】：V258
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 选题的背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 复合材料固化过程中温度场的国内外研究现状11-12
• 1.2.2 复合材料固化过程中热应力的国内外研究现状12-13
• 1.2.3 复合材料挖补修理技术的国内外研究现状13-14
• 1.3 课题研究的内容和意义14-15
• 1.3.1 课题研究的内容14
• 1.3.2 课题研究的意义14-15
• 1.4 本文的主要工作和章节安排15-17
• 第二章 复合材料挖补修理实验17-24
• 2.1 前言17
• 2.2 实验过程17-22
• 2.2.1 挖补修理所需物品和准备工作17-18
• 2.2.2 挖补修理流程18-19
• 2.2.3 维修过程19-20
• 2.2.4 固化过程20-22
• 2.3 复合材料的挖补示意图22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 温度场和热应力有限元计算方法24-33
• 3.1 温度场的有限元计算数学模型24-27
• 3.1.1 热传导方程24-25
• 3.1.2 固化动力学方程25-26
• 3.1.3 初始条件和边界条件26-27
• 3.2 温度场的有限元计算方法27-31
• 3.3 热应力的有限元计算方法31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 修补片固化过程中温度场的有限元模拟计算与分析33-54
• 4.1 物理模型33-36
• 4.2 计算方法验证36-37
• 4.3 温度场计算结果讨论37-52
• 4.3.1 修补片内部温度分布图37-38
• 4.3.2 修补片内部不同点的固化过程对比38-44
• 4.3.3 升温速率对修补片固化过程温度场和固化度的影响44-47
• 4.3.4 修补片厚度对修补片固化过程温度和固化度的影响47-49
• 4.3.5 修补片挖补角度对修补片固化过程温度和固化度的影响49-52
• 4.4 温度场分析52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 梯形台修补片固化过程中的热应力分析54-67
• 5.1 有限元模型的建立54-55
• 5.2 热应力的有限元模拟计算55-56
• 5.3 厚度对梯形台修补片内部热应力的影响56-62
• 5.3.1 厚梯形台修补片内部热应力分布56-60
• 5.3.2 薄梯形台修补片内部热应力分布60-61
• 5.3.3 梯形台修补片内部热应力分布分析61-62
• 5.4 升温速率对厚截面梯形台修补片内部热应力的影响62-64
• 5.5 挖补角度对厚截面梯形台修补片内部热应力的影响64-66
• 5.6 本章小结66-67
• 总结与展望67-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士期间取得的研究成果73-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：879279