酚醛浸渍多孔碳纤维复合材料的烧蚀行为模拟研究

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1、硕士学位论文酚醛浸渍多孔碳纤维复合材料的烧蚀行为模拟研究ABLATIONBEHAVIOROFPHENOLICRESINIMPREGNATEDPOROUSCARBONFIBERABLATIVECOMPOSITE任国光哈尔滨工业大学2017年6月万方数据国内图书分类号：O322学校代码：10213国际图书分类号：530...密级：公开工程硕士学位论文酚醛树脂浸渍多孔碳纤维复合材料的烧蚀行为模拟研究硕士研究生：任国光导师：钟业盛副研究员申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2016年7月授予学位单位：哈尔滨工

2、业大学万方数据ClassifiedIndex:TB332U.D.C:666.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringABLATIONBEHAVIOROFPHENOLICRESINIMPREGNATEDPOROUSCARBONFIBERABLATIVECOMPOSITECandidate：GuoguangRenSupervisor：YeshengZhongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AstronauticalE

3、ngineeringAffiliation：CenterforCompositeMaterialsandStructureDateofDefence：July,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要近年来，航空航天的快速发展，对材料的轻质化、耐烧蚀、隔热性能提出了越来越高的要求。酚醛浸渍多孔碳纤维复合材料（PICA）作为一种优秀的防热材料，具有低密度、集防热-承载-耐烧蚀于一体和刚性的特点，是世界各国发展航天事业

4、必选的防热材料之一。酚醛树脂浸渍多孔碳纤维烧蚀复合材料（PICA）在热流等其他外部条件下会发生复杂的化学、热学、物理现象，涉及材料的分解、融化、升华等物理、化学现象。因此，很有必要对该材料的烧蚀机理、涉及的反应进行研究分析，进而建立此材料的有限元模型，分析材料的烧蚀行为，对选取合适的材料、结构的分析具有重要的意义。首先，针对酚醛树脂浸渍多孔碳纤维烧蚀复合材料（PICA）开展氧乙炔22烧蚀驻点与剪切烧蚀实验，热流密度分别为2Mw/m、6Mw/m，通过实验获得该材料在不同烧蚀条件下的线烧蚀率、质量烧蚀率和不同位置的温度，同时也获得了该材料在

5、烧蚀前后形貌的宏观与微观变化，从而为下一步的模拟分析做铺垫。其次，基于酚醛树脂浸渍多孔碳纤维烧蚀复合材料（PICA）的烧蚀实验，建立与烧蚀实验相同的三维有限元模型，利用有限元软件LMSSAMCEF模拟在此材料在不同热流作用下的烧蚀行为，与实验的结果进行对比、分析，以此验证了模型的准确性和材料参数的合理性，为后续返回舱的二维模拟奠定基础。最后，在实验与模拟的基础之上，利用LMSSAMCEF软件模拟二维结构在热流作用下的化学烧蚀，得到了此材料在热流作用下的温度场、位移场，并对压力、渗透率、比热容和热导率影响PICA的烧蚀行为进行了分析说明。

6、关键词：PICA；化学烧蚀；LMSSAMCEF；热流-I-万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofaerospace,demandofmaterialofthelightweight,ablativeandthermalprotectionperformanceisincreasinglyhigh.Phenolicresinimpregnatedporouscarbonfiberablativecompositematerial(PICA)asa

7、goodthermalprotectionmaterial,withlowdensity,goodheatshieldandrigidcharacteristics,isoneoftheworld'sdevelopmentofaerospaceheatshieldmaterialsindustry.Phenolicresinimpregnatedporouscarbonfiberablationcomposite(PICA)undertheheatflowandotherexternalconditionswillproducethec

8、omplexchemical,thermal,physicalphenomena,involvingthedecompositionofmaterials,melting,sublimationandsoo