考虑模具影响的复合材料固化过程数值模拟分析

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1、国内图书分类号：TB332工学硕士学位论文考虑模具影响的复合材料固化过程数值模拟分析硕士研究生：于莹导师：许家忠申请学位级别：工学硕士学科、专业：检测技术与自动化装置所在单位：自动化学院答辩日期：2013年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TB332DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNumericalSimulationResearchonCuringProcessofCompositeConsideringCandidate：Supervisor：MouldEff

2、ectYuYingXuJiazhongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：DetectionTechnologyandAutomationEquipmentDateofOralExamination：March，2013University：HarbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《考虑模具影响的复合材料固化过程数值模拟分析》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读

3、硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：手莹同期Ⅻ年十月1日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《考虑模具影响的复合材料固化过程数值模拟分析》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交

4、论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密口，在年解密后适用授权书。不保密刮。作者签名：予莹导师签名：同期挪年牛月2日n期：硇≥年4月f同哈尔滨理工大学工学硕士学位论文考虑模具影响的复合材料固化过程数值模拟分析摘要纤维缠绕树脂基复合材料具有高比模量、高比强度、可设计性强和耐腐蚀性能好等特点，广泛应用于航空航天、军事、民用工程和能源输送等领域。在复合材料壳体固化成型过程中，温度的分布及变化会直接影响到复合材料的固化度分布及变化，进一步影响壳体

5、的质量和性能。而模具对复合材料温度场的影响较大，精确的模拟模具与复合材料之间的热传递是对温度场进行分析的前提。复合材料壳体在固化过程中，材料的热胀冷缩效应、树脂的化学收缩以及复合材料与成型所用模具的热不匹配，均会导致复合材料发生固化变形，其中模具与复合材料之间的相互作用引起的固化变形较复杂。本文以外固化工艺的复合材料管件为例对复合材料壳体的固化成型过程的传热和变形进行数值模拟分析，建立复合材料固化过程的热化学模型、固化反应动力学模型以及热应变和固化收缩应变模型，采用有限元方法对所建立的数学模型进行数值求解，并验证本文算法的正确性。基于有限元分析软

6、件ANSYS和APDL语言创建复合材料固化过程中的热分析模块和固化变形分析模块，建立带模具的复合材料管件模型和两个基于不同假设不带模具建模的模型，分析固化过程中模具与复合材料之间的热交换，进一步分析模具材质对温度场和固化度场的影响。基于热分析的结果，在考虑热和化学收缩作用的前提下，分析模具与复合材料之间热不匹配导致的固化变形以及不同铺层角度对壳体固化变形的影响。本文对不同材质模具对固化过程的影响分析表明，模具的比热和热传导系数均会对复合材料的温度场产生影响，当模具的热传导系数在一定范围内时，模具的热传导系数越大，复合材料的升温速率越快，同时降温速

7、率也越快，温度峰值越低，当模具的热传导系数超出这一范围，模具的热传导系数的改变对复合材料各场的影响较小。对不同纤维铺层方式对固化变形的影响分析表明采用对称铺层比非对称铺层的变形量要小，采用恰当的铺层方式可以减小复合材料的固化变形。该研究为提高构件类壳体的成型效率、成型质量以及生产中模具的设计和优化提供了理论依据和分析方法。关键词纤维缠绕复合材料；数值模拟；考虑模具影n毗固化变形哈尔滨理工大学_[学硕士学位论文NumericalSimulationResearchonCuringProcessofCompositeConsideringMouldE

8、ffectAbstractHi曲一performancecompositematerialshavegainedawidespreada