编织结构碳/碳复合材料的导热性能研究

发布时间：2021-11-07 14:31

　　碳/碳复合材料是一种由碳纤维增强体与碳基体组成的复合材料,由于其重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温等一系列无可比拟的优异特性,目前已被广泛的应用于航空航天、军事、汽车工业等领域。而碳/碳复合材料的等效热导率作为基本的热物性参数,决定了整体材料的导热性能。因此,如何方便而又准确的获得等效热导率是进一步研究与应用碳/碳复合材料的基础。本文将采用有限元模拟针对等效热导率计算过程中存在的一些问题进行研究。由于碳/碳复合材料内部微观结构复杂,且特征尺度跨度较大,此需要采用双尺度模拟进行研究。而各向异性的沥青基碳/碳复合材料作为其中一类高导热复合材料,其中的沥青基基体热导率的测量存在着诸多的困难。因此,本文建立了各向异性的沥青基碳减复合材料有限元模型,结合实验结果就可以反推基体热导率。这一方法对进一步提高整体热导率,优化工艺流程具有指导性意义。对于文献中对碳/碳复合材料有限元模拟研究中边界条件选取混乱的问题,本文详细的给出了温度边界条件、热流边界条件与周期性边界条件的具体形式以及每种边界条件下等效热导率的计算方法。本文对比了单向碳/碳复合材料和平纹编织碳/碳复合材料中三种边界条件的计算... 

【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－３?ＰＡＮ基碳纤维与沥青基碳纤维复合材料的显微照片与截面示意图［ｍｉ??１＿２．３碳基体??

且具有更好的刚度以及顺滑度。而３Ｋ纤维束则是最常见的一类，重量轻、具有相??对较低的刚度，被广泛的应用于各行各业。??二维编织碳／碳复合材料通常有平纹、斜纹和缎纹三种编织方式，如图１－５所示。??平纹编织是二维编织碳／碳复合材料中最常用的基本且平衡的增强体，斜纹编织具有??比较松弛的交织，编织物的特征是有对角斜线，缎纹编织具有很好的垂悬性，表面??光滑且厚度最小［｜４］。在二维编织碳／碳复合材料中，经线是指平行编织布边的纱线系??统，纬线就是垂直于经线沿布料宽度方向的纱线｜｜５］。二维编织碳／碳复合材料的厚度??相对于平面尺寸很小，具有各向异性热导率，面内剪切抗力较差，由于纤维束交织??点处纤维束弯曲或呈波状，二维编织碳／碳复合材料的模量比纤维材料小得多［｜５］。导??热性能通常的影响因素包括编织类型、几何参数、纤维与基体材料性质、纤维体积??分数等。??４??

?（ｃ）缎纹??图丨－５二维编织碳／碳复合材料的三种常见编织方式??三维编织碳／碳复合材料通常有三维四向、三维五向等结构［１６１＇如图１－６所示。??在三维编织物结构中，平面外的特性于平面内的特性一样重要，不能像二维结构中??那样被忽略。影响三维编织碳／碳复合材料传热和力学特性的主要因素有：纤维束尺??寸、纤维束间距、编织结构、材料特性等。??１１Ｈ??（ａ）二维四向?（ｂ）二维五向?（ｃ）二维７、－向?（ｄ）二维七向??图１－６三维编织复合材料结构丨｜６，１７】??１．３导热问题研究进展??近年来，不少研宄者针对编织碳／碳复合材料的传热问题进行了大量研究。主要??分为数值法、解析法和实验法三种。??由于编织碳／碳复合材料的几何结构比较复杂，对于二维或者三维编织的碳／碳??复合材料，解析法比较困难。因此，基于准确的几何模型的数值法被广泛的应用于??编织结构的碳／碳复合材料研宄中。数值法首先需要建立相应的数值模型，最初研究??者提出了简化的马赛克模型｜｜８１，逐渐发展到纤维弯曲模型Ｉ１８１、桥式模型［｜９１等。发展??到现在

【参考文献】：
期刊论文
[1]三维编织复合材料热物理性能的有限元分析[J]. 夏彪,卢子兴.  航空学报. 2011(06)
[2]三维六向编织复合材料力学性能的实验研究[J]. 徐焜,许希武,汪海.  复合材料学报. 2005(06)
[3]高导热大直径中间相沥青炭纤维的研制及结构表征[J]. 芦时林,Brian Rand.  新型炭材料. 2000(01)
[4]碳/碳复合材料在航空领域的应用研究现状[J]. 李贺军,罗瑞盈,杨峥.  材料工程. 1997(08)



本文编号：3482022