固体火箭发动机壳体固化过程温度场影响因素分析

考虑固化反应热的影响和固化过程中复合材料物性参数的发展变化,以某Φ1400 mm固体火箭发动机壳体模型为基础,对复合材料固化过程中温度场进行了热化学耦合有限元分析,并与实验测量结果进行了对比;为了优化固化工艺,提高壳体制造水平,针对固化制度中的最高温度保温时间、固化温度偏差、对流传热系数等影响壳体固化过程温度场的因素进行了分析。结果表明,所建立的热化学耦合数值模型的计算结果与试验测量数据绝对误差率在6%以内,验证了该数值模型的可靠性;固化工艺偏差和对流传热系数波动都会对绝热层内壁温度产生非常大的影响;为保障绝热层的完全硫化,应适当延长固化制度的最高温度保温时间,使工艺安全系数提高到2倍左右。     

SiBCN陶瓷先驱体固化及陶瓷化行为分析

采用非等温DSC、TG等研究了SiBCN陶瓷先驱体-聚硅硼氮烷(PBSZ)的固化、陶瓷化行为,运用FTIR、XRD、SEM等手段表征了PBSZ先驱体在不同温度的裂解产物结构和微观形貌。通过Kissinger、Crane方程得到PBSZ先驱体的固化动力学参数:活化能Ea=243.27 kJ/mol,反应级数n=0.958。PBSZ先驱体的质量损失主要发生在500～800℃,聚合物中有机基团逐渐减少,基本完成无机化转变。XRD结果表明,在1500℃以下裂解得到的产物为表面致密的非晶态SiBCN结构,而在1800℃下裂解产物发生了晶化转变,得到的陶瓷产物包含Si C、Si_3N_4、BN(C)等相。     

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。     

基于十二烷基苯磺酸固化季戊四醇丙烯醛树脂的粘结体系流变特征及反应动力学研究

为实现季戊四醇丙烯醛树脂(PEAR)/十二烷基苯磺酸(DBSA)体系在浇注PBX炸药中的应用以及获得该体系在工程应用中的工艺温度参数,采用粘度实验研究了体系的粘度特性,采用动态差示扫描量热法(DSC),通过模拟n级反应动力学模型、Kissinger微分法、Ozawa积分法以及Crane方程研究了体系的固化反应动力学。结果表明,50℃以上PEAR粘度几乎不受转速影响,PEAR与DBSA质量比大于25∶1,可保证浇注过程的顺利进行。PEAR/DBSA体系的凝胶化温度为345.92 K,固化温度为383.83 K,后处理温度为411.46 K。PEAR/DBSA体系固化反应为放热反应,反应的表观活化能为74.84 kJ/mol,指前因子为2.54×109min~(-1),反应级数为1.02,反应热为190.66 J/g。     

BP神经网络预测复合材料热压罐成型均匀性

复合材料热压罐成型过程中的固化度差值是复合材料固化度均匀性的主要表征参数之一。基于3层BP神经网络，以复合材料双平台固化工艺曲线的加热速率、保温时间和保温温度为输入参数，建立了成型过程任一时刻最大固化度差值的快速估算模型。仿真复合材料热压罐成型过程，得到最大固化度差值作为试验样本数据，对BP神经网络进行训练，训练结束后对该模型的准确性进行验证。结果表明:该BP神经网络估算模型准确性和效率较高，为复合材料热压罐成型最大固化度差值的估算提供了一种快速有效的新方法。      

Ω长桁和T长桁的工艺对比分析研究

在飞机复合材料蒙皮类构件的设计制造过程中,早期设计阶段,对不同长桁结构进行工艺对比分析研究,有助于提高加筋壁板的结构性能、便于工艺优选、节约制造成本,实现面向制造的低成本最优化设计。针对飞机复合材料蒙皮与Ω长桁、T长桁共固化的典型结构,阐述二者的制造流程及工艺特点;从制造工艺、工时、花费、产品重量和抗冲击性能等方面,对比Ω长桁和T长桁的优缺点;提出在飞机设计制造的并行工程中进行不同结构工艺分析的方法。结果表明:Ω长桁相对T长桁,具有重量轻、抗冲击性能好等优点,但其制造工艺更为复杂,报废率高,制造成本较高。     

复合材料壳体固化成型过程残余应力和形变分析

大尺寸复合材料固化过程因加热不均,出现较大的温度梯度,进而导致固化不均匀;温度梯度和固化度梯度使得壳体内出现热应变和固化收缩应变,最终形成残余应力和结构形变。为分析复合材料壳体固化过程的结构变形,本文结合壳体的实际成型过程,考虑树脂的固化放热、固化收缩和复合材料的各向异性特性,采用CHILE(α)弹性模型,对复合材料壳体固化成型过程的热传递、残余应力衍化及固化变形进行数值研究。研究结果表明,凝胶点前,复合材料仅受到热膨胀作用;凝胶点后至降温前,受到热膨胀和固化收缩的共同作用,壳体先快速收缩后膨胀;降温阶段,壳体缓慢收缩。固化完成后,壳体的固化变形约为0.08,残余应力约为10~6N/m~2。     

耐高温异氰酸酯/ 环氧树脂固化历程与性能

以异氰酸酯为固化剂固化环氧树脂,通过比较不同固化条件下固化物结构的差异,研究了异氰酸酯与环氧树脂的反应历程;改变异氰酸酯/环氧树脂体系的化学计量比(I/E),采用FTIR/ATR、DSC、DMTA等研究了固化产物的结构与性能。结果表明,异氰酸酯与环氧树脂的固化历程随着温度的升高可分为三个阶段,第一阶段为异氰酸酯的三聚反应;第二阶段是一个复杂的过程,首先环氧树脂和异氰酸酯可反应生成嗯唑烷酮结构,通过嗯唑烷酮环扩链得到端畀氰酸酯基低聚物,可继续发生三聚反应;第三阶段为异氰脲酸酯与残余的环氧基团反应生成嗯唑烷酮结构,异氰脲酸酯六元环向噁唑烷酮五元环的转化是一个可逆的过程。不同的I/E比例可得到结构不同的固化物,不同的结构导致固化物性能的差异:当(I/E)=1.8时,综合力学性能良好,异氰酸酯/环氧树脂/玻璃纤维复合材料的弯曲强度、弯曲模量、层剪强度分别为652.53、33270.63和31.66MPa,优于甲基四氢苯酐/环氧树脂/玻璃纤维复合材料力学性能;当I/E=2.0时,固化物T_g达到了305℃,明显优于传统的环氧树脂固化体系。