复合材料热压罐固化变形及压实过程分析

论文摘要

复合材料大面积整体成型技术应用于飞机机翼等加筋壁板结构可以大量减少零部件及紧固件数量,实现复合材料结构高效化生产。热压罐固化成型工艺是复合材料整体成型技术中的重要方法之一,其中固化变形是关键。本文通过复合材料固化过程中的热传导方程及树脂基固化动力学方程的耦合,得到在一定边界条件下,复合材料构件中任意一点在任意时刻下的温度及固化度的分布情况,并与实验结果比较证明数值模拟的正确性;编写程序预报复合材料体系有效弹性模量、有效收缩应变及有效热膨胀系数,在一定边界条件下进行了残余应力及变形的分析。分析了厚度、树脂体积收缩率等因素对固化温度场、固化度场及固化结束后的残余应力的影响。针对给定粘度值计算树脂层厚度变化,并从中得到树脂层厚度随树脂粘度变化的若干特征;利用APDL语言编写压实程序,根据设计纤维体积分数计算出合适的粘度值以满足工艺设计要求。通过实验拟合的环氧树脂的粘温方程编程确定加压时间,与实验结果比较证明理论预测的可行性。分析了固化过程中加压对不同厚度的复合材料层板的温度场和固化度场分布的影响以及压力大小对同一复合材料层板固化过程的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 复合材料固化理论及模型
• 2.1 前言
• 2.2 数学模型的建立及求解
• 2.2.1 复合材料固化反应的热力学分析
• 2.2.2 细观力学模型
• 2.2.3 计算残余应力
• 2.3 程序开发
• 2.4 本章小结
• 第3章 复合材料固化过程的数值模拟
• 3.1 前言
• 3.2 固化过程数值方法验证
• 3.3 固化过程数值模拟
• 3.3.1 二维模型和三维模型的比较
• 3.3.2 厚度对固化过程的影响
• 3.3.3 树脂体积收缩率对固化过程的影响
• 3.4 L 型构件固化过程模拟
• 3.5 本章小结
• 第4章 预浸料压实过程分析及加压时机的选择
• 4.1 前言
• 4.2 基于粘度控制的加压时机的选择
• 4.2.1 压实模型
• 4.2.2 树脂层厚度与粘度关系
• 4.2.3 加压时机判断
• 4.3 固化工艺中加压时间的确定
• 4.4 本章小结
• 第5章 加压对复合材料固化过程的影响分析
• 5.1 前言
• 5.2 加压对不同厚度复合材料层板固化过程的影响
• 5.3 压力大小对复合材料层板固化过程的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢