树脂基复合材料制造过程温度变化模拟研究

本文在树脂基复合材料树脂基体固化动力学研究的基础上,将固化反应热通过固化反应动力学方程引入热传导方程,模拟实际工艺条件建立了复合材料固化过程的温度分布模型,将模拟计算值和实际测量值进行了比较,发现所建立的复合材料制造过程温度分布模拟技术可以准确模拟环氧和双马复合材料在制造过程中的温度变化.     

NY9200G树脂体系非等温DSC法固化动力学研究

通过非等温DSC法测试研究热熔法预浸料用NY9200G树脂体系的固化动力学,讨论了升温速率对固化特征温度的影响;用kissinger公式以及Crane公式计算得到了表观活化能、固化反应级数以及频率因子等固化动力学参数,为模拟固化反应动力学模型奠定了基础。     

基于DSC 法的RTM 工艺用6421 双马树脂固化反应分析

采用DSC方法分析了RTM工艺用6421双马树脂的固化反应,确定了固化度与温度和固化反应速率与时间之间的关系,基于Melak方法分析了固化反应过程,通过数据拟合法得到了n级固化模型、自催化模型及Kamal模型方程中的各个参数值。根据相关系数R2确定了适合的动力学模型。结果表明,6421双马树脂的固化度—温度曲线呈现"S"型,固化反应速率随升温速率的增大而增大;树脂固化反应的表观活化能Ea为105.611 kJ/mol,其固化动力学模型符合Kamal固化模型,模型方程对实验数据拟合结果良好。     

玻璃纤维对CYD-128/ GA-327 体系固化特性的影响

研究了CYD-128/GA-327环氧树脂体系在纯树脂和有玻璃纤维存在下的固化特性.结果表明:玻璃纤维加入后使复合材料体系的表观活化能、指前因子、反应级数和反应速率常数有小幅增加;固化放热峰面积和反应热明显下降,且下降幅度随纤维质量含量的增加而增大.纤维的加入,使得复合材料体系在相同升温速率下的最大固化反应速率降低,固化起始温度提前,达到最大固化反应速率的时间延长,固化反应完成所需的时间变长.在170℃以前,纤维的加入对树脂体系的固化反应具有催化作用,170℃以后,纤维的加入对树脂体系的固化反应具有缓聚作用.     

双酚A型环氧树脂紫外光固化工艺及其力学性能

为了推进紫外光固化技术在环氧树脂及其复合材料制备中的应用,以双酚A型环氧树脂E51为基体,采用自行研制的紫外光设备固化,利用红外光谱法测定固化后树脂的固化度,研究了树脂体系中光引发剂和稀释剂含量对树脂固化速率的影响以及环氧树脂的紫外光固化特性,获得的树脂体系的最优配方为：双酚A型环氧树脂E51:活性稀释剂660A:光引发剂1176=100:10:5（质量比）,并对紫外光固化树脂浇铸体的力学性能进行了测试,其拉伸强度和模量分别可达到32.34 MPa和1.80 GPa,弯曲强度和模量分别为60.64 MPa和1.73 GPa。结果表明,紫外光固化速率随树脂体系中光引发剂含量的增加而上升,随活性稀释剂含量的增加先上升后下降;与传统热固化相比,紫外光固化不仅可以大幅度缩短树脂体系的固化时间,同时,制得的树脂浇铸体具有良好的综合力学性能。研究结果对紫外光固化技术在实际生产中的应用具有重要意义。     

聚酰胺固化有机硅改性环氧树脂研究

研究了一种有机硅改性环氧树脂的固化反应。利用红外光谱法分析了树脂的组成结构,固化剂的选择及其用量的确定,并利用DSC对固化反应动力学进行了研究,计算出了固化反应的动力学常数,对固化反应的机理进行了分析。结果表明:该有机硅改性环氧树脂是由苯基硅树脂与E型环氧树脂相互反应而合成的,可采用聚酰胺在室温下进行固化,固化反应主要发生在环氧基与伯胺之间,反应的表观活化能为67.555 kJ/mol,频率因子为1.48×106s-1。本研究可为该有机硅改性环氧树脂成型工艺的制定提供理论指导。     

硝酸酯增塑聚醚推进剂药浆固化反应研究

从推进剂药浆固化的动态流变特征出发，用DRA动态流变学方法研究了硝酸酯增塑聚醚推进剂的固化反应动力学。结果表明：它可提供推进剂药浆固化的表观凝胶化时间和固化反应的表观活化能；活化能随动态条件的不同而异，具有明显的固化反应指纹特征；动态流变学方法可对药浆直接进行固化反应动力学研究。对于深入研究推进剂性能将有很好的实际意义。     

氰酸酯树脂的改性与固化特性的热分析

从工程化应用的角度,综述了氰酸酯的改性工作、固化特性热分析以及在胶黏剂、复合材料等方面的最新研究进展。氰酸酯的改性涉及橡胶材料增韧改性、热塑性材料增韧改性以及与环氧、双马树脂的协同改性等。聚醚砜改性的氰酸酯胶黏剂能够获得满意的剪切强度和剥离强度,同时保持了较低的介电常数和介质损耗角正切。环氧树脂的加入也能够显著提高氰酸酯胶黏剂的强度,但电性能相对较差。改性的氰酸酯胶黏剂在175℃以下的温度范围内剪切强度可以保持30 MPa左右的水平,介质损耗角正切为0.0065,200℃热老化200 h后对于剪切性能无显著影响,且剥离强度取得了较满意的测试结果,蜂窝夹层结构的滚筒剥离强度高达83.2 N·mm/mm。DSC热分析研究固化动力学的多项结果表明,改性氰酸酯活化能的高低与固化峰值温度的高低可同步或相反变化。采用含有羟基的聚醚砜改性氰酸酯后,相比未改性氰酸酯其固化放热峰值温度降低20℃左右,但增韧改性后的固化反应活化能反而增加,可归因于反应机理的改变和位阻效应。对于固化放热峰值温度(Tp)随升温速率(?)的变化,建立了固化放热峰值温度Tp与ln?的线性方程Tp=T1+ΔT ln?,可以更合理地确定固化温度参数。     

水分对环氧-酸酐体系固化的影响

采用傅里叶红外和差式扫描量热,分析了水分对环氧-酸酐体系的固化反应及其固化动力学的影响。结果表明,水分的作用为:固化初期的促进作用,对酸酐的开环作用,高温下使部分交联酯键分解的作用。该研究对于合理控制复合材料的制造工艺条件,提高复合材料的性能,具有一定指导意义。     

固化工艺参数对复合材料补片温度场的影响

基于热传导定律和固化动力学理论,建立了热固性树脂基复合材料固化过程的三维有限元模型,通过与文献实验结果的比较,验证了该模型具有较高的可靠性。采用该模型计算了AS4/3501层合板挖补修理固化过程的温度场和固化度场,并分析了固化温度及升温速率对补片中心点温度场和固化度场的影响。结果表明:在固化反应的起始阶段,固化温度和升温速率对补片温度和固化度的影响很小;随着固化反应的进行,固化温度和升温速率对补片温度和固化度的影响越来越大;在第二次升温阶段初期,固化温度对补片中心点温度的影响又逐渐缩小;在每次保温阶段末期,补片温度和固化度不再受升温速率的影响。     

激光供能换热器概念设计及性能分析

针对换热器模式激光推进的特点,设计了一种新颖的平板式换热器结构,这种结构由多层异质材料复合外壳、耐高温金属框架和层流微通道组成,具有较高的激光-热转换效率。建立了换热器出口截面二维温度场模型并进行数值分析,其结果验证了换热器结构的热稳定性。建立了换热器内部流体一维流动模型并进行数值分析,得出了激光辐照功率密度和流体入口速度对换热器内部流体温度分布的影响关系,验证了换热器结构设计满足流体通道压降小的要求。     

SiC_P/Al复合材料界面反应动力学研究

用复合铸造法制备的SiC_μ/Al复合材料,加热到一定温度并保温不同时间以改变其界面反应程度,通过确定复合材料中的分含量及其与温度和时间之间的相互关系,对界面反应动力学进行了研究,并导出动力学方程,由此求出反应动力学的参数。     

旋转爆震发动机液态燃料预爆器设计及爆震燃烧特性研究

为了解决液态燃料旋转爆震发动机点火起爆困难和结构紧凑等问题,进行了以液态航空煤油为燃料的预爆器设计,包括离心/预膜复合燃油雾化喷嘴、点火/传焰凹腔、三枝管预爆室等结构。以液态航空煤油/氧气为工作介质,进行了离心/预膜复合燃油雾化喷嘴雾化特性和预爆器爆震燃烧特性试验研究,获得了离心/预膜复合燃油雾化喷嘴雾化粒径变化规律,以及预爆器内爆震波压力、传播速度等变化规律。研究表明:离心/预膜复合燃油雾化喷嘴的雾化效果随气流流量和油压增加而改善,预爆器接近出口位置(PCB5处)爆震波峰值压力可超过3.80MPa,爆震波传播速度可达1800m/s;随着当量比增加,预爆器内过驱爆震位置提前,有利于缩短预爆器的长度。     

预冷组合循环发动机吸气式模态建模与性能分析

为了对预冷组合循环发动机开展性能分析，以协同吸气式火箭发动机（SABRE 4）为研究对象，采用部件法建立了发动机稳态模型，计算获得了SABRE 4发动机在吸气式模态下沿飞行弹道的性能参数变化规律。然后对发动机的高度和速度特性进行研究，得到了发动机的飞行包线。计算结果表明，在吸气式飞行弹道内，核心机推力和比冲的变化分别为488~680kN和34786~46954m/s。SABRE 4发动机具备推力大和比冲高的性能优势。在预冷器工作过程中，随着飞行马赫数增大，预冷器换热量不断增大，进入预燃室的氢流量减小，预燃室总温降低，HX3的吸热量减小。与其他压气机和涡轮相比，空气压气机和氦涡轮的工作参数变化较大。SABRE 4发动机通过对来流空气进行预冷，可实现在大空域和宽速域内工作。由于空气压气机的喘振和堵塞边界限制，发动机的高度和速度特性分别存在飞行高度和飞行马赫数的限制。     

镁基水反应金属燃料与水反应模型及数值分析

为研究宽广温度范围内镁基水金属燃料/水反应特性,在总结国内外研究成果的基础上,建立了包含镁/水和碳/水两个主要反应的镁基水反应金属燃料/水反应模型,其中镁/水反应在不同温度段分别采用动力学和扩散分段控制,镁/水扩散燃烧模型考虑部分氧化镁在镁液滴表面凝聚;碳/水反应为反应动力学控制,反应动力学模型依据阿仑尼乌斯公式。采用数值分析方法,研究了水燃比和镁含量对燃料/水和镁/水反应特性的影响规律。研究结果表明:燃料/水反应特性的计算结果与实验值相符;在保证一定燃料自持燃烧温度的基础上,提高镁含量,选择合适的水燃比,有利于提高燃料/水的反应特性,促进燃料/水反应快速、充分的进行。     

Effect of turbulence on NO formation in swirling combustion

Turbulence affects both combustion and NO formation. Fluctuation correlations are ideally used for quantitative analysis. From the instantaneous chemical reaction rate expression,ignoring the third-order correlation terms, the averaged reaction rate will have four terms, including the term of averaged-variable product, a concentration fluctuation correlation term, and temperature-concentration fluctuation correlation term. If the reaction-rate coefficient is denoted as K, the temperature fluctuation would be included in the K fluctuation. In order to quantitatively study the effect of turbulence on NO formation in methane-air swirling combustion, various turbulencechemistry models are tested. The magnitudes of various correlations and their effects on the time-averaged reaction rate are calculated and analyzed, and the simulation results are compared with the experimental measurement data. The results show that among various correlation moments, the correlation between the reaction-rate coefficient K fluctuation with the concentration fluctuation is most important and is a strong nonlinear term.     

Erosion of a Polyimide Material Exposed to Simulated Atomic Oxygen Environment

Oxygen plasma source generated by thermal cathode filament discharge has been used to study the erosion process of polyimide (PI) materials in atomic oxygen (AO) environment, and their mass loss, surface morphology and surface chemical compositions have been examined by scanning electron microscope (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) after exposure to incremental AO flux. The data indicate that the physical adsorption of AO at the samples' surface results in the increase of oxygen concentration when polyimide is exposed to AO flux. Then selective chemical reactions of groups of polyimide materials with AO yield volatile organic compounds, sample mass loss is on linear increase and carpet-like surface morphology forms. In the initial exposure to AO, the reaction occurs mainly between AO and carbon in specific location of aromatic ring, then the reaction rate of C=O groups gradually increases. After AO exposure, the oxygen concentration increases while nitrogen and carbon concentration decreases. Reaction rate of groups containing nitrogen is slower compared with carbon and oxygen.     

环氧树脂基导电复合材料力电性能研究

实验研究了填充炭黑的环氧树脂基导电复合材料的导电机理,不同炭黑掺量复合材料在一次加载及反复加载卸载下的力电效应。结果表明,炭黑掺量为20%试件的力电效应明显且稳定;各掺量试件卸载后均存在较大残余电阻,经多次加载卸载后,电阻变化率逐渐减小并趋于稳定值;卸载后电阻恢复率不断增加,最终可完全恢复。     

煤油/氧气预爆器爆震波特性研究

为了解决液态煤油旋转爆震发动机短距离快速起爆问题,进行了煤油/氧气预爆器方案设计。此方案包括双级轴向旋流和离心喷嘴匹配方案、半圆轴向垂直预爆管和圆管切向预爆管等设计,建立了液态煤油/氧气预爆器爆震波特性试验台。探讨了不同工作时序、当量油气比、预爆管结构等对预爆器爆震燃烧特性的影响。结果表明预爆器产生的爆震波压力达到4.0MPa以上,爆震波传播速度高于1300m/s,液态煤油/氧气最佳当量油气比存在于0.6-0.73之间一点。对比半圆轴向垂直预爆管和圆管切向预爆管,圆管模型爆震波压力明显高于半圆管模型,而传播速度却低于半圆管模型,圆管模型整体存在着前导激波的生成,而半圆管模型却在生成的爆震波后方有明显的压力波动现象     

加力室液雾燃烧的模型与应用

提出了描写航空发动机加力燃烧室内气液两相湍流燃烧的控制方程,采用了双流体模型,高温辐射通量模型,双时间尺度湍流K-ε模型,应用SIMPLE方法解这组方程,对二维轴对称的涡喷加力燃烧室进行计算,证明应用本文的液雾燃烧模型可以得出合理的计算结果。