| 题名 | 树脂基复合材料固化行为的多尺度 仿真研究 |
| 作者 | 李冬娜 |
| 答辩日期 | 2013 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 兰州理工大学 |
| 导师 | 戴剑锋 ; 李旭东 |
| 关键词 | 树脂基复合材料 热压罐固化工艺 有限元分析 多物理场耦合计算 多尺度计算 细观尺度计算 |
| 学位名称 | 工学博士 |
| 学位专业 | 材料科学与工程 |
| 英文摘要 | 先进树脂基复合材料以其高比强度和比模量、低密度、高韧性、耐腐蚀以及多样化的工艺性等优点，已被广泛应用于国防、军工、航空航天、建筑、化工、交通运输、能源、机械电子、医疗、体育等众多领域。热压罐成型工艺是航空航天制造企业广泛采用的制造先进复合材料构件的方法之一。其中，固化阶段是材料成型过程中影响构件质量的关键环节。树脂基复合材料的固化过程具有非稳态、非均匀、强耦合的特点，仅仅依靠传统的经验和试验方法难以实现复合材料整体化成型的高性能、低缺陷、低成本目标。仿真是复合材料固化研究领域常用且有效的方法之一。固化过程仿真模型的耦合方式、耦合程度、耦合完整性、计算尺度以及材料本构方程的类型等直接影响着模拟结果的有效性和精确度。 本文以树脂基复合材料的热压罐固化工艺过程为研究对象，创建了一种完整性较强、耦合程度较高的复合材料固化过程的宏观尺度耦合仿真模型；提出了复合材料固化行为仿真的细观尺度计算新方法，建立了复合材料固化过程的细观尺度多场耦合仿真模型；探讨了固化工艺和铺层设计对复合材料固化行为的影响规律；同时，研究分析了材料本构方程对复合材料固化变形的影响。主要工作和结论包括以下几个方面： （1）创建了一种完整性较强、耦合程度较高的树脂基复合材料固化过程的宏观尺度仿真模型。目前，大多数固化仿真模型都存在物理场耦合不完整、考虑因素不全面的问题。本文综合考虑了温度、压力、纤维体积分数、层板厚度及材料性能参数等多种因素的影响作用，建立了集热传导、固化动力学、树脂流动-压实及固化变形于一体的完整性较高的复合材料固化过程的宏观尺度仿真模型。这为全面分析和控制复合材料的固化行为提供了极为有效的方法。在模型验证中，求解分析了AS4/3501-6预浸料在某一经典固化工艺过程中的温度、固化度、树脂粘度、树脂压力、纤维体积分数、层板厚度、弹性模量、热-化学应变及残余应力的演变历程和变化规律。研究结果表明：所建模型有效地体现了复合材料固化过程中多个物理场之间的强弱耦合关系，并能够完整、实时、准确地对树脂基复合材料的固化过程进行计算模拟；有关AS4/3501-6预浸料的温度、固化度和内应力的计算结果与文献研究结果匹配良好。 （2）提出了复合材料固化行为仿真的细观尺度模拟新方法，建立了复合材料固化过程的细观尺度仿真模型。由于宏观尺度材料模型在计算过程中不区分增强纤维和树脂基体的计算区域，而是利用细观 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 复合材料固化仿真 |
| 页码 | 142 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/103216]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李冬娜. 树脂基复合材料固化行为的多尺度 仿真研究[D]. 兰州理工大学. 2013. |
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