树脂基碳纤维增强复合材料固化变形的研究
在热固性树脂纤维增强复合材料热压罐固化工艺中,部件会出现固化变形,固化过程中影响部件变形的因素有树脂流动、热应变、化学收缩应变以及残余应变.其中热传递和化学反应作为强耦合过程通常合并为热化学模型一同考虑,而假设树脂流动在固化反应开始前已经停止.这个假设在薄壁层合板的固化过程中是成立的,但在厚截面复合材料的固化过程中,树脂流动压实过程与固化反应过程有较大重叠,需要与其他物理过程耦合考虑.本文将热化学模型、树脂流动模型和应力应变模型完全耦合起来,使用完全耦合的数学模型模拟了单向纤维厚截面复合材料(AS4/3501-6)在热压罐工艺中的固化过程,通过数值仿真计算,预测固化过程中产生的固化变形.通过改变加压时机和压力边界条件来改变树脂流动情况,验证了树脂流动对固化变形的影响.最后通过改变复合材料版的尺寸,研究了面内尺寸对复合材料板固化过程树脂流动的影响.结果表明,在厚截面复合材料固化的过程中,树脂的流动会导致树脂分布不均匀,在垂直于纤维铺设方向的一个截面,在固化结束时,会出现两边树脂多,中间树脂少的情况.通过调整压力边界条件,能够有效地解决横向树脂分布不均的问题.在对不同尺寸的单向纤维复合材料板进行固化过程的数值模拟时,发现复合材料部件的尺寸会影响树脂的流动,从而影响纤维和树脂的体积分数,使固化过程中的温度场和固化度场发生改变,导致温度梯度和固化度梯度增大,使固化变形量加大.本文的结论验证了树脂流动在厚截面复合材料固化过程数值仿真模型中的重要性,以及部件尺寸对固化过程中树脂流动的影响.可以为复合材料部件的设计和固化工艺的制定提供参考依据.
- 作者：
- 荆宏达
- 学位授予单位：
- 中国民航大学
- 专业名称：
- 航空宇航科学与技术
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 余芬
- 中图分类号：
- TQ327.3；V258.3
- 关键词：
- 复合材料；固化变形；数值模拟；树脂流动
- Composites； Curing Deformation； Simulation； Resin Flow