樹脂基復合材料具有比強度和比模量高、易于整體熱固化成型等優點,現已廣泛應用于航空、航天等制造領域。在生產實際中,由于復合材料內部溫度場和固化度場分布不均勻,使得固化過程中材料的熱應力和固化收縮不均勻,產生固化變形。目前提高復合材料固化均勻性的研究主要是針對溫度場的均勻性,而固化度場直接影響到材料的固化收縮,提高固化度場均勻性同樣具有重要工程意義。基于此,本文以有限元模擬結果為基礎,提出了一種提高樹脂基復合材料固化度場均勻性的加熱曲線優化通用方法,將其應用AS4/3501-6與酚醛樹脂復合材料的加熱曲線優化,并通過酚醛樹脂復合材料平板固化實驗驗證了優化方法的可行性。首先,模擬了AS4/3501-6復合材料體系平板的固化過程,并研究了常見工藝參數對其固化度場均勻性和溫度場均勻性的影響。然后,研究開發了一種通用的加熱曲線優化方法。以3cm厚度AS4/3501-6平板制件為對象,深入分析了固化過程中制件各處最大固化度差值與最大固化速度差值及其一階微分的內在聯系,根據函數值與其一階微分和二階微分的關系以及固化過程中保溫和升溫對固化均勻性的影響規律,求解出最優的加熱曲線,使該平板固化均勻性提高。這種方法可以用于任意種類樹脂基復合材料的加熱溫度曲線優化。其次,根據生產實際的需求,通過DSC(差式掃描量熱)實驗和模型擬合方法,研究了一種目前生產實際中應用的酚醛樹脂預浸料的固化動力學模型。這種模型后續可用于對實際酚醛樹脂預浸料制件的加熱曲線優化。最后,結合加熱曲線優化方法和測得的酚醛樹脂預浸料固化動力學模型,得到了2.5mm厚度平板制件的優化加熱曲線。通過模擬分析和比較了1.5mm、2mm和2.5mm厚度平板在直接升溫到固化溫度方式下固化的不均勻性,以及2.5mm厚度平板在生產實際中的加熱曲線和優化后加熱溫度曲線下固化的不均勻性,并進行了相應的平板固化實驗進行了驗證。模擬結果表明:使用優化后的加熱曲線,平板固化度場均勻性提高,實驗結果表明:實際制件的變形較直接升溫方式有減小,與工廠現有工藝獲得的制件形狀基本一致,但加熱時間節省26.5%,顯著提高了效率,初步證明了該優化方法的可行性。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB33

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉卓峰;馮學斌;肖加余;曾竟成;;低粘度環氧樹脂澆鑄體性能與固化度的關系[J];材料導報;2009年20期

2 袁仲林;玻璃鋼固化度測試中最佳預處理溫度和時間的選擇[J];玻璃鋼;1980年02期

3 楊正林,陳浩然;層合板在固化全過程中瞬態溫度場及固化度的有限元分析[J];玻璃鋼/復合材料;1997年03期

4 楊慧;;纖維纏繞復合材料固化工藝過程數值研究[J];機械強度;2008年02期

5 王榮秋;;CFRP及KFRP樹脂不可溶分含量測定方法研究[J];纖維復合材料;1988年03期

6 陳燕;吳選征;詹美珍;張必恕;唐見茂;柒宗能;;5222樹脂的粘度和固化度的關系[J];航空材料學報;1989年04期

7 王惠瓊;張西萍;章耀林;;聚芳醚酮增韌混合環氧樹脂體系研究——Ⅱ.粘度、固化度隨溫度變化關系及材料性能[J];纖維復合材料;1991年04期

8 張紀奎;酈正能;關志東;程小全;;固化度與固化收縮對非對稱復合材料層合板固化變形的影響[J];復合材料學報;2007年02期

9 關永剛;;用介電分析法研究固化制度對玻璃鋼性能的影響[J];熱固性樹脂;1992年02期

10 ;玻璃鋼中樹脂固化度試驗方法說明[J];玻璃鋼資料;1980年01期

相關碩士學位論文 前6條

1 蔡靜;環氧玻璃纖維復合絕緣固化度的介電譜表征方法[D];哈爾濱理工大學;2016年

2 王俊敏;提高樹脂基復合材料固化均勻性的加熱曲線優化及其對變形的影響研究[D];華中科技大學;2015年

3 尚偉;Z-pin固化度對復合材料力學性能影響的研究[D];南京航空航天大學;2012年

4 王雪;厚壁復合材料飛輪固化過程數值模擬分析[D];哈爾濱理工大學;2014年

5 王新穎;復合材料殼體熱纏繞過程數值模擬研究[D];哈爾濱理工大學;2011年

6 李爽;復合材料厚壁殼體內外協同固化過程仿真分析[D];哈爾濱理工大學;2015年

本文編號：2064768