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。     

树脂基复合材料固化过程中温度场的数值模拟

树脂基复合材料的热固化成型是一个力、热与化学反应相互耦合的过程。文中就其热固化过程中温度场分布的数学模型进行了研究,在此基础上利用有限元方法并结合OOP(Objectoriented program m ing)技术实现了对复合材料固化过程中温度场的数值模拟,讨论了板厚、升温率等因素对温度分布的影响。计算结果表明,固化过程的升温速率应根据复合材料层板的厚度加以合理地选择,以保证温度的均匀分布     

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。     

泡沫夹层结构复合材料热膨胀模压法工艺研究

在传统泡沫夹层结构复合材料成型工艺基础上,探索了一种新型的夹层结构成型工艺。传统工艺需要热压罐、真空袋等外部设备来为成型提供压力,文中提出了利用泡沫本身热膨胀和刚性模具的限制作用,为泡沫夹层结构复合材料提供成型压力。通过对泡沫芯材的模压发泡工艺的控制、监测,分析了夹层结构成型时内部产生压力的大小。同时,对其弯曲强度和剥离强度进行了表征。实验结果表明:控制芯材密度、发泡温度和发泡时间能有效地提高夹层结构的成型压力和力学性能。     

复合材料构件成型模具设计方法

树脂基纤维增强复合材料构件成型模具根据其材料可分为金属模和复合材料模,金属模利用数控加工方式制造.复合材料模利用过渡模铺帖成型,因其特殊的结构和工艺性,其设计过程和方法有别于普通的机械零件成型模具.本文分析了复合材料构件模具结构及现有设计存在的问题,采用数字化设计的方法和流程,解决了成型曲面的可加工性检测、成型曲面的整体偏置以及模具支架的参数化设计等关键技术,开发了相应的设计系统.     

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。     

大型高性能复合材料构件RTM工艺进展

航空航天工业的飞速发展对大型、高性能先进树脂基复合材料构件的高效、低成本制造提出了迫切需求。树脂转移模塑成型(Resin transfer molding,RTM)是一种制造先进纤维增强体树脂基复合材料的工艺技术,与现有的热压罐技术相比具有设备结构简单、生产效率高及制造成本低等优点。本文综述了两种典型的RTM工艺:真空辅助树脂转移模塑成型(Vacuum assisted-resin transfer molding,VA-RTM)与轻质树脂转移模型成型(Light-resin transfer molding,L-RTM)的技术研究与应用现状,指出了这两种工艺在制造大型高性能构件时存在的问题,并对RTM工艺过程多场耦合数值仿真、仿真新方法及多功能仿真的研究现状及技术难点进行了总结,基于此对RTM工艺发展趋势进行了探讨,旨在为实现快速工艺优化,获得高效、高性能和大型构件的RTM工艺应用提供参考。     

加筋面板结构形式的耐高温复材工装成型工艺研究

针对加筋面板结构形式的耐高温复材工装从加强筋结构形式、成型方法、固化工艺参数等方面开展成型工艺研究.结果表明:选用XT200-C(t)200-1250和XT200-C(t)650-1250复合材料工装模具专用预浸料,面板预固化时加压时机从室温至55℃之间,面板后固化时的固化温度200℃和保温时间2h,面板后固化升温速率0.5℃/min和降温速率0.3℃/min制备的加筋面板结构形式的耐高温复材工装试样,具有优良的成型质量,较小的弯曲挠度,较高的型面精度.采用面板先成型,与加强筋共胶接工艺方法制备的加筋面板结构形式的耐高温复材工装是基于成本-质量平衡优化的最佳选择,该工艺是合理可行的,满足使用要求.     

电子设备散热用平板式热管的实验研究

平板式热管是一种广泛采用的电子元件散热设备。本文对平板热管的热性能进行了实验研究,用加热电阻来模拟电子设备发热元件,采用热电偶来测量热管表面的温度。对电子设备散热用平板热管的起动响应时间,一定工况下的平板热管温度分布、温度均匀性和传热效果进行了实验研究,并与相同工况的平直肋片固体散热块进行了试验对比,证明平板式热管具有重量轻、起动快、传热效率高,均温性能好等优点。但在低功率时,平板热管的散热性能差于散热块。同时,考察了重力对不同方向热管传热性能的影响,认为具有吸液芯的平板热管可推广运用于航空机载电子设备散热。     

精密模具大面积微结构电铸制备工艺研究

对精密模具大面积微结构的电铸制备工艺进行了研究。研究了掩膜厚度、化学微蚀刻、二次辅助阴极对精密模具大面积微结构电铸成型的影响。结果表明,化学微蚀刻能进一步去除显影残胶,提高镀层微结构与模具基板的结合力。在曝光时间为100s,曝光能量为750~810mJ/cm2的曝光工艺条件下,掩膜厚度在130~160μm时,可以得到线宽为100μm侧壁陡直度较好的精密模具微结构。采用外加电势的二次辅助阴极三电极电铸体系可以提高铸层的均匀性。     

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，     

大型连续式高速风洞热交换器设计关键技术研究

随着大型连续式高速风洞运行功率和精细化测试要求的提高,对风洞热交换器性能提出了越来越高的要求,集中体现在换热压损性能、温度场均匀性和气流扰动特性3个方面。结合近年研究成果,对大型连续式高速风洞热交换器设计中的关键技术及研究成果进行了综述。分析了风洞热交换器的需求特点,总结了影响各种性能的主要因素。介绍了高效低压损设计技术、温度场均匀性控制技术和气流扰动控制技术,给出了热交换器换热效率和压力损失综合权衡的设计原则,阐述了换热芯体排列方式、冷却水流量及进水方式、热交换器段截面形状等对温度场均匀性的影响,以及来流条件和热交换器结构对气流扰动的特性。     

Performance Evaluation Methods for Multi-stream Plate-Fin Heat Exchanger

Mathematical model of cross type multi-stream plate-fin heat exchanger is established.Meanwhile,mean square error of accumulative heat load is normalized by dimensionless,and the equations of temperature-difference uniformity factor are improved.Evaluation factors above and performance of heat exchanger are compared and analyzed by taking aircraft three-stream condenser as an example.The results demonstrate that the mean square error of accumulative heat load is common result of total heat load and excess heat load between passages.So it can be influenced by passage arrangement,flow inlet parameters as well as flow patterns.Dimensionless parameter of mean square error of accumulative heat load can reflect the influence of passage arrangement to heat exchange performance and will not change dramatically with the variation of flow inlet parameters and flow patterns.Temperature-difference uniformity factor is influenced by passage arrangement and flow patterns.It remains basically unchanged under a certain range of flow inlet parameters.     

开孔变刚度层合板压缩屈曲性能研究

针对开孔变刚度层合板,建立3种尺寸的层合板有限元模型,采用了线性屈曲、引入残余热应力的线性屈曲和引入初始缺陷的非线性屈曲的3种分析方法,研究了开孔层合板在压缩条件下的屈曲行为,并通过自动铺丝制造层合板进行试验对比,对3种方法的合理性进行了分析。结果表明,引入残余热应力的线性屈曲分析方法与试验结果最吻合,两者仅相差0.63%。基于该方法,讨论开孔层合板残余热应力分布特点和应力水平,得出了开孔层合板的应力分布云图和应力分布规律,计算出残余热应力对开孔复合材料层合的屈曲影响。结果表明,残余热应力对传统直线开孔层合板的屈曲载荷影响很小,仅提高了3.57%,但大大提高了变刚度开孔层合板的屈曲载荷,最多可达23.40%。说明纤维曲线铺放可以改变内部残余热应力的分布,提高整个开孔层合板承载压缩载荷的能力。     

临近空间飞行器控制器热设计与热分析

临近空间飞行器电子设备集成度高、体积小、功率大，导致发热量大大提高，而其又直接工作在恶劣的空间热环境，因此，空间大功率电子设备的热设计成为未来飞行器安全、高效飞行的关键因素之一。本文针对临近空间的热环境特点，结合控制单元的工作模式，采用冷板散热、热控涂层、低热阻途径以及提高换热效率等有效方法对电子设备进行热设计。在结构设计基础上，用商业软件ANSYS ICEM CFD进行前处理，用FLUENT进行模拟热仿真，并对结果进行分析后给出3种合理优化的设计方案。仿真结果表明，增加冷板边缘处面积、增大辐射散热和自然对流换热表面积的设计方案可以有效地将控制器温度控制在293.15~318.15 K高效可靠的工作温度之间。