碳纤维织物在热流冲击下传热和形变性能研究
发布时间：2021-08-18 20:34
为减少高温热流带来的伤害,研究热流作用下织物的传热机制和传热过程成为关键。本课题首先建立碳纤维织物的三维几何模型,然后由织物所处环境给出合适的定解条件,基于流体力学、传热学和弹性力学的基本理论,利用有限元法求解织物背面温度分布和织物最大形变量,并搭建实验平台验证数值模型的可行性,得到的结论有:（1）利用纱线的高度、宽度、纱线间距、织物厚度及横截面形状所构建的织物三维几何模型,能够准确反映碳纤维织物的结构,与电镜图片吻合良好。（2）当织物表面分别施加热流密度为1319 W/m2和1103 W/m2载荷时,织物背面温度的模拟值和实验值的平均相对误差分别为6.64%和3.28%,说明所建立的数值模型能反映碳纤维平纹织物的动态传热过程。（3）基于受力形变的基本原理,利用有限元方法求解计算织物受力形变的大小,预测织物在压力作用下的最大形变量。经模拟计算得到的织物最大形变量为0.0017 m,和实验值0.036 m误差较大,需分析原因进一步改进模型。（4）建立气流与碳纤织物间的热-结构耦合分析模型,利用有限元法求解计算耦合作用下织物背面温度变化。对比织物热-结构耦合计算结果和实验结果,发现织物背面...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２非织造布三维单元模型??
图１－３多层隔热材料的传热示意图??赵玲、吕国志％］为研宄气动热作用下Ｃ／ＣＳｉ盖板结构的隔热性能，考虑盖板??结构内部的传导和辐射复合传热，建立盖板结构的一维瞬态传热模型，如图１－４??所示，利用有限元传热分析程序预测盖板结构随时间变化的温度分布，并根据热??分析结果确定隔热层的最佳厚度。该分析没有考虑隔热层纤维的真实结构而把盖??板隔热结构当作致密均匀的材料进行一体化分析。??［■、．．＇．二＇?一—外部盖板?胃板热传导?气体热??｜传导??：?１村??■??■??＂?隔热层?隔热层传导和辐射?“??复合传热?ｊｉ??ｊ?????：??■，偏?飞行器蒙皮结构?；??＜＞＜＝＞气体热??铝合金板热传导传导??图丨－４盖板式隔热结构传热模型??李旭东［１４］等介绍了一种金星进入飞行器的机械展开式结构，该结构在进入时??展开形成类似于伞状的形态，起保护作用，降低飞行器表面需承受的高温热量和??热变形，其结构如图１－５所示。机械展开式进入飞行器是半刚性的结构，柔性织??物在展开时与辐条的连接处会存在一定的凸起，同时柔性织物受气动力的作用会??４??
■金＿??产＿热传导＿热辐射—纤维隔热材料??１?一??图１－３多层隔热材料的传热示意图??赵玲、吕国志％］为研宄气动热作用下Ｃ／ＣＳｉ盖板结构的隔热性能，考虑盖板??结构内部的传导和辐射复合传热，建立盖板结构的一维瞬态传热模型，如图１－４??所示，利用有限元传热分析程序预测盖板结构随时间变化的温度分布，并根据热??分析结果确定隔热层的最佳厚度。该分析没有考虑隔热层纤维的真实结构而把盖??板隔热结构当作致密均匀的材料进行一体化分析。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]服装局部热阻与总热阻的动静态关系及其模型[J]. 张文欢,钱晓明,师云龙,范金土,牛丽. 纺织学报. 2018(07)
[2]紧密机织物高气压下面外变形的机制[J]. 韩晓果,肖学良,钱坤. 纺织学报. 2017(07)
[3]比重瓶法测定玻璃纤维密度[J]. 王玲,李勇,尹利影. 玻璃纤维. 2017(03)
[4]高超声速再入飞行器头部辐射加热特性研究[J]. 陈思员,陈亮,苗文博. 空气动力学学报. 2017(03)
[5]浅叙碳纤维材料的性能特点、生产工艺与市场应用[J]. 朱则刚. 乙醛醋酸化工. 2016(08)
[6]高热环境下前缘结构高温应变测量[J]. 吴东,陈德江,周玮,杜百合. 实验流体力学. 2016(03)
[7]三种耐高温纱线的结构与性能测试评价[J]. 刘群,徐广标,王向钦. 产业用纺织品. 2015(08)
[8]飞行器用热防护材料发展趋势[J]. 邹军锋,李文静,刘斌,詹万初,赵英民. 宇航材料工艺. 2015(04)
[9]基于金星探测机械展开式进入飞行器技术述评[J]. 李旭东,张鹏,尚明友,张红英,童明波. 航天返回与遥感. 2015(02)
[10]基于TexGen的经编针织物的三维仿真[J]. 徐海燕,蒋金华,陈南梁. 纺织学报. 2015(03)
博士论文
[1]防明火绝热柔性复合织物的失效行为研究[D]. 郝立才.东华大学 2011
硕士论文
[1]超声速球锥型飞行器气动热数值计算与研究[D]. 姚恩亮.南京理工大学 2015
[2]高超声速飞行器热结构材料气动热冲击模拟研究[D]. 田枫林.哈尔滨工业大学 2014
[3]可重复使用运载器机翼前缘热防护系统设计及性能评估[D]. 张宏安.哈尔滨工业大学 2014
[4]微通道冷却器内流固耦合传热过程的数值模拟[D]. 卢鹏.大连理工大学 2014
[5]多层防隔热系统热力耦合计算机模拟[D]. 李建峰.哈尔滨工业大学 2012
[6]高超声速飞行器气动热与热环境的数值计算研究[D]. 刘亚.南京理工大学 2012
[7]多孔介质热电材料传热过程数值模拟[D]. 李博.杭州电子科技大学 2009
本文编号：3350581
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２非织造布三维单元模型??
图１－３多层隔热材料的传热示意图??赵玲、吕国志％］为研宄气动热作用下Ｃ／ＣＳｉ盖板结构的隔热性能，考虑盖板??结构内部的传导和辐射复合传热，建立盖板结构的一维瞬态传热模型，如图１－４??所示，利用有限元传热分析程序预测盖板结构随时间变化的温度分布，并根据热??分析结果确定隔热层的最佳厚度。该分析没有考虑隔热层纤维的真实结构而把盖??板隔热结构当作致密均匀的材料进行一体化分析。??［■、．．＇．二＇?一—外部盖板?胃板热传导?气体热??｜传导??：?１村??■??■??＂?隔热层?隔热层传导和辐射?“??复合传热?ｊｉ??ｊ?????：??■，偏?飞行器蒙皮结构?；??＜＞＜＝＞气体热??铝合金板热传导传导??图丨－４盖板式隔热结构传热模型??李旭东［１４］等介绍了一种金星进入飞行器的机械展开式结构，该结构在进入时??展开形成类似于伞状的形态，起保护作用，降低飞行器表面需承受的高温热量和??热变形，其结构如图１－５所示。机械展开式进入飞行器是半刚性的结构，柔性织??物在展开时与辐条的连接处会存在一定的凸起，同时柔性织物受气动力的作用会??４??
■金＿??产＿热传导＿热辐射—纤维隔热材料??１?一??图１－３多层隔热材料的传热示意图??赵玲、吕国志％］为研宄气动热作用下Ｃ／ＣＳｉ盖板结构的隔热性能，考虑盖板??结构内部的传导和辐射复合传热，建立盖板结构的一维瞬态传热模型，如图１－４??所示，利用有限元传热分析程序预测盖板结构随时间变化的温度分布，并根据热??分析结果确定隔热层的最佳厚度。该分析没有考虑隔热层纤维的真实结构而把盖??板隔热结构当作致密均匀的材料进行一体化分析。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]服装局部热阻与总热阻的动静态关系及其模型[J]. 张文欢,钱晓明,师云龙,范金土,牛丽. 纺织学报. 2018(07)
[2]紧密机织物高气压下面外变形的机制[J]. 韩晓果,肖学良,钱坤. 纺织学报. 2017(07)
[3]比重瓶法测定玻璃纤维密度[J]. 王玲,李勇,尹利影. 玻璃纤维. 2017(03)
[4]高超声速再入飞行器头部辐射加热特性研究[J]. 陈思员,陈亮,苗文博. 空气动力学学报. 2017(03)
[5]浅叙碳纤维材料的性能特点、生产工艺与市场应用[J]. 朱则刚. 乙醛醋酸化工. 2016(08)
[6]高热环境下前缘结构高温应变测量[J]. 吴东,陈德江,周玮,杜百合. 实验流体力学. 2016(03)
[7]三种耐高温纱线的结构与性能测试评价[J]. 刘群,徐广标,王向钦. 产业用纺织品. 2015(08)
[8]飞行器用热防护材料发展趋势[J]. 邹军锋,李文静,刘斌,詹万初,赵英民. 宇航材料工艺. 2015(04)
[9]基于金星探测机械展开式进入飞行器技术述评[J]. 李旭东,张鹏,尚明友,张红英,童明波. 航天返回与遥感. 2015(02)
[10]基于TexGen的经编针织物的三维仿真[J]. 徐海燕,蒋金华,陈南梁. 纺织学报. 2015(03)
博士论文
[1]防明火绝热柔性复合织物的失效行为研究[D]. 郝立才.东华大学 2011
硕士论文
[1]超声速球锥型飞行器气动热数值计算与研究[D]. 姚恩亮.南京理工大学 2015
[2]高超声速飞行器热结构材料气动热冲击模拟研究[D]. 田枫林.哈尔滨工业大学 2014
[3]可重复使用运载器机翼前缘热防护系统设计及性能评估[D]. 张宏安.哈尔滨工业大学 2014
[4]微通道冷却器内流固耦合传热过程的数值模拟[D]. 卢鹏.大连理工大学 2014
[5]多层防隔热系统热力耦合计算机模拟[D]. 李建峰.哈尔滨工业大学 2012
[6]高超声速飞行器气动热与热环境的数值计算研究[D]. 刘亚.南京理工大学 2012
[7]多孔介质热电材料传热过程数值模拟[D]. 李博.杭州电子科技大学 2009
本文编号：3350581
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qgylw/3350581.html
