碳纤维预制体受热内部温度变化规律研究

发布时间：2025-02-11 19:35

　　碳纤维复合材料由于比模量、比强度高,耐久性及可设计性强等优异性能,广泛应用于轨道交通、航空航天和医疗等领域。许多曾用金属材料成型的复杂构件,如钣金折弯件、引深和压延件等在改用复合材料后,其工艺方法也发生了改变。在实际的制造过程中,需要先对复合材料进行预成型以得到满足结构尺寸要求的预制体随后进行固化成型。红外加热由于具有热响应快、温度易于控制等特点,在预成型过程中多采用此加热方式以保证预制体顺利成型。但由于复合材料为各向异性,纤维与树脂热物性差异显著且树脂在低温与高温时形态及粘流特性变化较大,温度对预制体的变形能力有显著影响,进而影响构件质量,产生缺陷,甚至缩短其使用寿命。针对上述问题,本文从仿真及实验分析两个方面探究细观及宏观尺度下碳纤维复合材料预制体红外加热时温度分布特点及变化规律,进而分析热源参数对温度分布的影响。本文主要开展的研究工作如下:(1)开展编织碳纤维复合材料预制体细观温度场数值模拟研究,分析表明,热量沿着纤维方向迅速传递,位于中间平面的碳纤维的温度大于树脂温度,且经纱与纬纱之间贫脂区的温度也会较高于富脂区的温度。细观温度场分布不均,其传导规律不仅与材料热物性有关且与结构有...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状及发展动态
        1.2.1 碳纤维复合材料预成型技术研究概况
        1.2.2 碳纤维复合材料热分析研究
    1.3 本文主要研究内容
2 碳纤维复合材料预制体温度场有限元模型的建立
    2.1 温度场热传递理论
        2.1.1 导热微分方程
        2.1.2 导热微分方程的单值条件
    2.2 碳纤维复合材料预制体细观温度场模型的建立
        2.2.1 编织碳纤维复合材料代表体积单元结构模型建立
        2.2.2 编织碳纤维复合材料代表体积单元温度场有限元模型建立
    2.3 碳纤维复合材料预制体宏观温度场有限元模型建立
        2.3.1 碳纤维复合材料预制体热物性参数均质化处理
        2.3.2 红外热源特征及模型建立
        2.3.3 碳纤维复合材料预制体红外加热温度场模型的建立
    2.4 本章小结
3 碳纤维复合材料预制体温度分布仿真结果分析
    3.1 碳纤维复合材料预制体细观温度分布特点研究
        3.1.1 代表体积单元模型温度分布特点研究
        3.1.2 简化代表体积单元模型温度分布特点及对比研究
    3.2 碳纤维复合材料预制体红外加热宏观温度分布特点研究
        3.2.1 碳纤维复合材料预制体面内方向温度分布特点研究
        3.2.2 多层碳纤维复合材料预制体温度分布特点研究
    3.3 本章小结
4 碳纤维预制体红外加热温度分布模型验证及影响因素研究
    4.1 实验系统的建立及温度分布模型验证
        4.1.1 实验系统的建立
        4.1.2 碳纤维复合材料预制体红外加热温度分布验证
    4.2 不同参数对碳纤维复合材料预制体红外加热温度分布的影响
        4.2.1 热源数量对碳纤维预制体红外加热温度分布的影响
        4.2.2 加热距离对碳纤维预制体红外加热温度分布的影响
    4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：4033756