復(fù)合材料固化殘余應(yīng)力模型

復(fù)合材料固化殘余應(yīng)力模型是描述復(fù)合材料殘余應(yīng)力與固化溫度、時(shí)間及壓力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。

中文名稱

復(fù)合材料固化殘余應(yīng)力模型

英文名稱

residual stress model of composite

定　　義

描述復(fù)合材料殘余應(yīng)力與固化溫度、時(shí)間及壓力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），復(fù)合材料（二級(jí)學(xué)科），增強(qiáng)體（三級(jí)學(xué)科）

復(fù)合材料在厚度方向熱傳導(dǎo)率和滲透率低，導(dǎo)致厚截面復(fù)合材料結(jié)構(gòu)固化過(guò)程中產(chǎn)生溫度過(guò)熱、固化壓實(shí)不均勻、殘余應(yīng)力大、制造時(shí)間長(zhǎng)等諸多問(wèn)題。本項(xiàng)目在分析厚截面復(fù)合材料殘余應(yīng)力形成機(jī)制的基礎(chǔ)上，將固化過(guò)程分為熱-化學(xué)、流動(dòng)-壓實(shí)以及殘余應(yīng)力-變形3個(gè)子模塊，分別研究熱傳導(dǎo)和固化動(dòng)力學(xué)、樹(shù)脂在罐壓下的流動(dòng)和分布以及結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力和固化變形。模型考慮了各種物理化學(xué)現(xiàn)象之間的耦合關(guān)系，可直接應(yīng)用于大型、復(fù)雜厚截面結(jié)構(gòu)的固化變形和殘余應(yīng)力預(yù)測(cè)。進(jìn)而從工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及模具三個(gè)方面對(duì)殘余應(yīng)力的影響因素進(jìn)行分析，形成厚截面復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力控制方法。最后，在殘余應(yīng)力預(yù)測(cè)程序基礎(chǔ)上加入復(fù)合材料三維失效判據(jù)和材料退化模型，形成考慮殘余應(yīng)力條件下厚截面復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的預(yù)測(cè)方法。本項(xiàng)目為厚截面復(fù)合材料設(shè)計(jì)和優(yōu)化固化工藝提供依據(jù)，對(duì)提高我國(guó)大飛機(jī)復(fù)合材料設(shè)計(jì)制造水平有重要意義，具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

采用整體-子模塊方法將固化過(guò)程分為熱-化學(xué)、流動(dòng)-壓實(shí)和應(yīng)力-變形三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子模塊。熱-化學(xué)模塊的控制方程基于Fourier熱傳導(dǎo)方程和樹(shù)脂固化動(dòng)力學(xué)方程建立，解決了溫度和固化度之間的強(qiáng)耦合問(wèn)題。流動(dòng)-壓實(shí)模塊的控制方程基于Darcy定律和有效應(yīng)力原理建立，反映了樹(shù)脂流動(dòng)和纖維網(wǎng)絡(luò)緊密壓實(shí)之間的流固耦合關(guān)系。應(yīng)力-變形模塊建立了考慮熱載荷和固化收縮載荷時(shí)復(fù)合材料層合板的有限元方程。各模塊之間的相互作用通過(guò)它們之間的數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。典型結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證了本文三維有限元模型的有效性。 完成了國(guó)產(chǎn)CCF300/5228A熱力學(xué)特性和數(shù)值流動(dòng)特性測(cè)試，進(jìn)行了48層和192層層合板的固化成型過(guò)程對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，層合板的厚度壓縮率隨層板厚度的增加而減小，C掃描結(jié)果顯示厚截面復(fù)合材料層合板內(nèi)部的初始缺陷較薄板更為明顯，降低厚截面復(fù)合材料層合板的承載能力。 采用數(shù)值模擬方法研究帶防熱層纏繞成型復(fù)合材料錐殼熱固化變形的形成機(jī)理和影響因素。建立了帶防熱層復(fù)合材料錐殼熱固化變形預(yù)測(cè)的三維有限元程序。計(jì)算結(jié)果表明：外層防熱材料和內(nèi)層結(jié)構(gòu)材料熱膨脹系數(shù)不匹配是引起殼體固化變形的主要原因。提出在內(nèi)層和外層之間增加中間過(guò)渡層的方法控制殼體的固化變形，中間層材料為丁腈橡膠片時(shí)可使固化變形減小20%。采用數(shù)值模擬方法討論了中間層模量、厚度以及纏繞張力對(duì)殼體固化變形的影響，分析結(jié)果表明：固化變形隨中間層模量的增加而增加，隨中間層厚度的增加略有減??；纏繞張力釋放增加殼體的固化變形，纏繞張力越大引起的固化變形越大。 2100433B

復(fù)合材料空隙率模型是描述復(fù)合材料空隙含量與固化溫度、壓力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。

中文名稱

復(fù)合材料空隙率模型

英文名稱

void content model of composite

定　　義

描述復(fù)合材料空隙含量與固化溫度、壓力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），復(fù)合材料（二級(jí)學(xué)科），增強(qiáng)體（三級(jí)學(xué)科）