模具材料对复合材料制件固化过程应变的影响分析

复合材料热压罐固化工艺过程中,制件的固化变形依旧是影响成形质量的重要原因。通过光纤光栅和热电偶相结合的方法对复合材料制件在热压罐成形工艺过程中的温度和应变进行在线监测,研究了树脂基体对制件应变的影响规律,并基于此分析了不同模具材料对制件固化过程应变和固化变形的影响。试验结果表明:树脂与模具是复合材料固化过程应变变化的主要影响因素,在升温/保温阶段,树脂的流动、热膨胀、固化反应等是应变变化的主要原因,而在降温阶段模具收缩对应变变化起主导作用;不同模具材料的刚度、与制件的结合能力以及热膨胀系数的变化会在复合材料固化过程的不同阶段对应变变化产生较大影响。本文获得了不同材质模具试验条件下复合材料制件固化过程中的应变曲线,分析了固化过程中模具对复合材料制件内部应变的影响规律,为深入分析大型复合材料构件固化变形提供了理论支撑。     

工程胶粘剂固化过程的热焓分析

工程胶粘剂固化过程中的热焓变化与反应转换率成正比,由此可根据化学反应动力学理论实验确定反应动力学参数,获得反应转换率和时间温度的关系式。胶粘剂的固化反应不仅与时间和温度有关,还受温度变化条件的控制。恒温固化的速度通常大于等速升温固化的速度。     

四边给定温度的各向异性矩形板稳态热传导解析研究

采用复级数方法给出了四边给定温度的各向异性矩形极稳态热传导解析解。将解析解代入温度边界条件及角点条件,用正弦级数的方法确定待求系数。数值计算结果表明本文解收敛稳定,讨论了各向异性板温度场的对称性并提出温度分布的中心对称性。针对四边给定温度分布的各向异性板温度场进行数值求解,讨论了材料热各向异性程度、各向异性角、跨宽比对温度场分布的影响。     

截面形式对复合材料杆件固化变形的影响

热固性复合材料构件应用广泛，但其在加热固化成型过程中易产生变形。通过优化铺层设计，可以减小碳纤维增强环氧树脂细长杆件固化过程的变形，但是忽略了截面形式对固化变形的影响程度。本文提出在复合材料大长径比构件设计时应采用有限元分析(Finite element analysis, FEA)方法进行热变形分析，充分考虑截面对称性对产品固化变形的影响，有效降低该类产品固化过程中的变形。     

C/SiC复合材料的氧化行为仿真分析方法研究

对C/SiC复合材料高温氧化过程的准确预示，是提升C/SiC复合材料热结构设计水平的关键技术之一。本文结合C/SiC复合材料氧化机理、多孔介质流动理论和Fick扩散定律，得到了不同温度作用下C/SiC复合材料的氧化动力学方程并建立了氧化失重的数学表达式。开发了氧化扩展UEL子程序，对典型C/SiC复合材料试件氧化过程中氧、碳元素的分布和氧化扩展过程进行了分析，分析结果显示不同温度下的氧化失重与试验数据可以很好吻合。     

紫外固化环氧树脂复合材料及其修补性能研究

为了推进紫外固化技术在树脂基复合材料的制备及结构修补中的应用,制备了紫外固化环氧树脂基复合材料并进行力学性能测试和微观组织分析。在此基础上,采用紫外固化复合材料对含人工缺陷的层合板试样进行了修补。结果表明,与热固化复合材料相比,采用紫外固化技术制备的复合材料具有良好的综合力学性能,复合材料中树脂基体与纤维之间结合良好;紫外固化复合材料制成的修补贴片对缺陷试样的修补效果显著,修补后试样的拉伸强度可以达到标准试样的84.1%,是缺陷试样的1.21倍。实验证明采用紫外固化复合材料修补贴片对缺陷进行修补是一种快速、有效的修补方法。     

紫外辅助缠绕玻璃纤维增强树脂基复合材料的制备和力学性能研究（英文）

本文研究了紫外辅助固化玻璃纤维增强复合材料缠绕成型环形构件的制备过程和力学性能。基于光线追踪法量化了树脂浇注体中的紫外穿透能力,并制备了紫外辅助固化的光-热双重固化典型样件,研究了缠绕速度和热固化引发剂的浓度对缠绕制件的纤维体积分数和力学性能的影响。纤维体积分数和构件的失效分析分别采用图像法、力学性能测试和扫描电镜测试。光线追踪结果表明:紫外光能够穿透一层纤维束的厚度且背光面透过的紫外能量足以快速引发固化;试验结果表明:本文制备的紫外辅助固化复合材料环形样件与热固化试件相比均能满足飞轮转子对性能的要求。     

复合材料喷管非线性瞬态热应力分析

本文给出了热弹性力学的理论公式．在考虑高温下复合材料参数随温度变化而变化的非线性因素的前提下，推导了结构瞬态温度场和热应力的有限元公式，并对一C／C复合材料火箭发动机喷管进行了温度场和热应力的分析。结果表明，在考虑非线性后，结构各处应力均较低，但在不同材料交界面附近出现很高应力，这在设计中应予以考虑。本算法思路简单且实用，在工程中有较大的参考意义。     

复合材料构件热压罐成型模具温度均匀性分析

热压罐固化中成型模具的温度分布对复合材料固化质量有显著影响,提高与构件直接接触的模具型面温度均匀性有利于改善内部温度梯度,减小固化变形,提高成型精度。本文以复合材料构件热压罐框架式成型模具为对象,应用有限元方法,分析模具温度的分布,研究模具支撑结构对型板表面温度均匀性的影响。研究表明,支撑板厚度越薄,温度均匀性越好,与进气风口平行方向的支撑板对温度均匀性的影响更为显著,因此可优先考虑增加与进气风口垂直方向支撑板厚度来增加模具刚度。在保持面积不变的前提下,改变散热孔的形状,发现菱形与圆形散热孔具有较强的抗变形能力,而方形散热孔使得型板表面温度分布更加均匀。通过控制散热孔的布局改变风道时,发现T型风道对于改善温度均匀性的效果最佳。     

C/SiC舵结构热试验瞬态温度场预示技术

航天飞行器在大气层中高马赫数飞行时,会面临严酷的气动加热环境,C/SiC、C/C等高温复合材料由于具有耐高温、高比强、高比模等优点,在飞行器热结构设计中得到大量应用。为了考核热结构服役过程中的高温力学性能和完整性,需要根据飞行时序进行地面结构热环境试验,其中石英灯辐射加热装置是模拟瞬态气动热环境的一种重要手段。地面结构热试验具有不可重复、技术难度大等特点,发展结构热试验辐射热环境预示技术可以有效支撑飞行器结构地面试验验证。针对采用石英灯辐射方式加热的C/SiC复合材料舵结构热试验,建立了辐射加热动态控制过程模拟方法,基于热网络法和蒙特卡罗法获得了结构瞬态温度场分布,通过与试验数据的对比分析,验证了方法的可行性,能够为复合材料结构热试验方案优化和试验效果评估等提供技术支撑。     

复合材料层合板的非同步固化翘曲变形分析

复合材料层合板在实际固化过程中因板内温度梯度的存在，各铺层内树脂的固化反应并非同步进行。这种非同步过程导致层合板内固化后残余应务的分布不同于经典分析方法的计算结果，使按对称铺层设计的层合板亦存在固化后翘变形。针对实际固化过程的非同步特征，文中给出一种基于弹性子叠层块的非同步固化过程描述模型，用此模型对非同步固化过程引起的对称层合板翘曲变形进行计算机模拟，分析树脂固化收缩率，固化过程中板内温度梯度，     

配合间隙对层板多孔连接内力分配的影响

本文利用Ｆａｂｅｒ级数展开和弹性平面理论中的复势方法，提出了一个普遍有效的关于层板多孔连接的内力分配的分析方法，作为算例应用，特别研究了配合间隙对层板四孔连接内力分配的影响。本文方法不难推广到多孔连接的其他力学问题。     

拟协调九结点四边形层合板壳有限元

构造了一个拟协调九结点四边形层合板壳单无，这一单元是根据Ｈｕ－Ｗａｓｈｉｚｕ变分原理导出的，独立假设了位移场、每一层的应变场和应力场。文中计算了复合材料板和充实例。计算结果表明，本文单元在准确性和高效率方面的性态较好。     

层合板热应力分析的辛正交解析法

基于一阶层合板理论，建立了以空间方向为模拟方向的层合板热应力分析的Hamilton正则方程、这样就突破了欧氏空间的限制，将其导入辛几何数学框架下，采用共轭辛正交方法给出层合板热应力分析的精确解。     

Thermoviscoelastic Analysis of Stress in Composite Structures- Micro-to-Structural Approach

Manufacturing of composite materials is usually accompanied with residual stresses. These stresses should be evaluated and assessed. To this end, a micromechanical model for periodic material whose temperature dependent constituents behave as thermorheologically complex materials （TCM） has been developed. This model, referred as the high fidelity generalized method of cells （HFGMC）, takes into account the detailed interaction be- tween the fiber and resin, their volume ratios, the fibers distribution and their waviness. This model is linked, in conjunction with a special UMAT subroutine, to the ABAQUS finite element code for prediction of the response of thermoviscoelastic composite structures during cool down process. The present investigation shows the effect of the cool down rate on the residual stress developed in the composite cylindrical structures.     

复合材料结构动力分析方法研究的现状

本文着重讨论复合材料层板的动力分析方法,并分有限元法和动力响应两个专题进行较系统的评述。文章最后简述了一些应用和发展趋势。