TG800碳纤维/双马树脂基预浸料等温固化动力学

为复合材料成型工艺参数制定提供准确信息,采用动态力学分析法(DMTA)对国产TG800碳纤维/802双马树脂基预浸料等温固化动力学进行研究,根据损耗模量E″在恒温扫描过程中出现的拐点可准确确定固化凝胶点。以储能模量E′相对增长率为固化反应速率指标,考察不同恒温阶段反应程度增长模式,并建立了固化反应动力学模型。分别采用Hsich非平衡热力学涨落理论和Avrami方程对预浸料固化反应过程中活化能变化规律进行分析。结果表明:Hsich理论得出TG800/802预浸料反应活化能为49. 5 kJ/mol;Avrami方程得出恒温阶段前期活化能均小于后期,且温度越高对应活化能越低。TG800/802在200℃恒温时前期活化能为78. 8 kJ/mol,小于后期109 kJ/mol,温度升高至240℃后活化能降至32. 4 kJ/mol。通过计算不同恒温阶段固化度佐证了双马树脂固化制度150℃/1 h+180℃/2 h+200℃/4 h的可行性,为TG800/802预浸料的工程化应用提供了技术支撑。     

光固化巯基-乙烯基硅氮烷陶瓷前驱体制备氮化硅陶瓷

以不同用量的多官能巯基化合物与乙烯基硅氮烷预聚物组成液态光固化体系,经紫外光辐照后固化成聚合物陶瓷前驱体,后经1400℃无压热裂解制备氮化硅。采用热失重（TGA）分析陶瓷前驱体的热解特性,X射线衍射（XRD）分析热解后材料的相组成及晶态结构,场发射枪扫描电子显微镜（SEM）观察和表征材料的微观形貌。陶瓷前驱体在热解过程中分别在325—350℃和475—505℃出现两个失重峰,随着体系中巯基化合物含量的增加,前驱体的热解失重率增加,陶瓷收率降低,最终陶瓷的相对密度下降,结晶度增高,晶粒尺寸增大。经1400℃热解15h,得到部分α-Si3N4晶体;热解24h,得到大量α-Si3N4和少量β-Si3N4的材料,在空洞中发现富氮的细长纤状和片状晶体。     

铝含量对颗粒增强钛基复合材料氧化行为的影响

利用海绵钛、高纯铝与TiC/Al中间合金的反应,采用非自耗电弧熔炼工艺,原位合成不同铝含量的复合材料。研究复合材料在800℃和900℃空气中的恒温氧化行为,分析不同铝含量对复合材料氧化动力学行为的影响,并用配有能谱分析仪的扫描电镜对氧化层表面及横断面显微结构和成分进行分析。结果表明,复合材料的氧化动力学曲线主要为抛物线类型;随着复合材料中铝含量的增加,表层铝的氧化物增多,钛的氧化物减少,氧化膜厚度逐渐减小,结构也发生明显变化,抗氧化性逐渐增强。     

电子束固化复合材料固化过程温度分布模型

为了深入理解电子束固化复合材料固化成型过程中的传热行为,在电子束固化阳离子环氧树脂的固化反应动力学研究的基础上,结合传统传热原理,建立并验证了电子束固化复合材料固化过程中的热传递与温度分布模型.研究表明,建立的温度变化模型与复合材料实际辐射固化过程中的温度变化规律基本一致.     

推进剂中GAP单体氮消除的反应机理

利用B3LYP方法和TST-RRKM理论研究了GAP的一种单体CH3CHOHCH2N3的N2消除反应。计算发现该单体存在三种异构体,得到的反应势垒显示在常温下这些异构体就可以自由转换。计算结果显示有两条反应路径可以解离生成亚胺和N2,反应势垒分别为160.2kJ/mol和164.7kJ/mol,反应放热为213.7kJ/mol,与前人的实验结果相当吻合。计算得到的反应速率常数有着明显的负温度效应,并且随着反应压强的增加而增大。压强为0.1MPa时,反应速率在900K时达到极大值,为1.53×10-12cm3.mol-1.s-1。     

超声加工中局部共振机理的模拟试验研究

通过建立数学物理模型分析超声加工声学系统的动力学规律,探讨工具杆的局部共振现象,得出当工具杆发生局部共振时,变幅杆和工具杆连接处为位移节点,且此时系统处于谐振状态的结论;并推导了超声波发生器的可调频率范围与刀具杆的磨损率关系。试验利用细杆(45#)来模拟工具杆,验证了工具杆发生局部共振时,谐振频率相当接近工具杆一端固定、一端自由时的某一固有频率;并通过改变细杆的长度来模拟工具杆的磨损,验证了超声波发生器的可调频率范围与刀具杆的磨损率之间的关系。     

数值模拟技术在飞机复合材料结构制造中的应用

复合材料结构件在航空领域得到广泛应用,但制造中产生严重的翘曲变形影响外形精度和装配连接。因此,对其制造工艺的研究日益重要,尤其是对带有复杂轮廓型面复合材料整体结构件的制造工艺。本文对复合材料结构成型工艺中固化变形机理进行了分析,阐述了变形控制模拟技术的发展和其在飞机结构制造中应用的必要性,并以实例证明数值模拟技术是进行...     

激波管在酚醛树脂高温热解动力学研究中的应用

使用激波管作为加热手段,利用其加热速率快的优点,突破了传统方法在加热速率上的限制,研究了酚醛树脂在1400~1700K温度范围内的热解动力学.主要碳氢产物是甲烷、乙烯、乙炔和苯.通过对反应扩散过程的分析,考察了扩散对热解过程的影响.结果表明,实验中酚醛树脂的反应扩散过程迅速达到稳态,扩散影响可以忽略,首次获得了酚醛树脂在芳环开环热解机制下的热解速率常数.     

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。     

Unequal-thickness billet optimization in transitional region during isothermal local loading forming of Ti-alloy rib-web component using response surface method

Avoiding the folding defect and improving the die filling capability in the transitional region are desired in isothermal local loading forming of a large-scale Ti-alloy rib-web component (LTRC). To achieve a high-precision LTRC, the folding evolution and die filling process in the transitional region were investigated by 3D finite element simulation and experiment using an equal-thickness billet (ETB). It is found that the initial volume distribution in the second-loading region can greatly affect the amount of material transferred into the first-loading region during the second-loading step, and thus lead to the folding defect. Besides, an improper initial volume distribution results in non-concurrent die filling in the cavities of ribs after the second-loading step, and then causes die underfilling. To this end, an unequal-thickness billet (UTB) was employed with the initial volume distribution optimized by the response surface method (RSM). For a certain eigenstructure, the critical value of the percentage of transferred material determined by the ETB was taken as a constraint condition for avoiding the folding defect in the UTB optimization process, and the die underfilling rate was considered as the optimization objective. Then, based on the RSM models of the percentage of transferred material and the die underfilling rate, non-folding parameter combinations and optimum die filling were achieved. Lastly, an optimized UTB was obtained and verified by the simulation and experiment.