纖維-樹脂復(fù)合材料的模內(nèi)熱固化成型及脫模變形的研究.pdf

1、經(jīng)過將近一個世紀(jì)的發(fā)展，纖維增強樹脂基復(fù)合材料以其良好的耐疲勞特性、高比強度和比模量、突出的多功能性和減振性能以及獨特的可設(shè)計性等特點，已成為最主要的航空結(jié)構(gòu)材料之一。
　　在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的固化成型過程中，由于材料熱脹或者熱縮效應(yīng)、樹脂基體的化學(xué)收縮效應(yīng)、復(fù)合材料與模具之間的相互作用等因素的協(xié)同影響，往往在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)雜的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致脫模后的結(jié)構(gòu)件發(fā)生固化變形現(xiàn)象。這種現(xiàn)象嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)件的性能，降低了產(chǎn)品的合格率。

2、因此，分析纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的模內(nèi)熱固化成型和內(nèi)應(yīng)力演變過程，進(jìn)而調(diào)控結(jié)構(gòu)件的脫模變形，具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價值。
　　本文以碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料體系為研究對象，建立了其在固化過程中的結(jié)構(gòu)參數(shù)、性能參數(shù)以及固化工藝參數(shù)之間的聯(lián)系。進(jìn)一步對復(fù)合材料在固化成型時內(nèi)應(yīng)力的演變以及最終的變形情況進(jìn)行了數(shù)值模擬計算，并開展相關(guān)的實驗研究。基于上述研究，探索了在不同模具約束條件下復(fù)合材料層合板的內(nèi)應(yīng)力演變和脫模變形情況。
　

3、　通過建立純樹脂在固化反應(yīng)中的固化工藝-結(jié)構(gòu)參數(shù)-性能參數(shù)之間的關(guān)系，對固化反應(yīng)中交聯(lián)結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)的變化進(jìn)行了討論，并研究了固化工藝溫度對各參數(shù)的影響，實現(xiàn)了固化工藝-交聯(lián)結(jié)構(gòu)-力學(xué)性能之間的集成研究。
　　通過數(shù)據(jù)擬合以及有限元分析軟件的二次開發(fā)，新建立了基于黏彈性理論的復(fù)合材料體系本構(gòu)模型，并對比分析了分別采用線彈性模型和黏彈性模型計算的復(fù)合材料固化變形結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn):由于環(huán)氧樹脂本身的黏彈效應(yīng)，使復(fù)合材料在固化過程中產(chǎn)

4、生了應(yīng)力松弛現(xiàn)象，因此采用黏彈性模型計算得到的固化變形量總小于采用線彈性模型的計算結(jié)果;并且樹脂含量越高，復(fù)合材料的黏彈性表現(xiàn)得越明顯。
　　樹脂在固化過程中力學(xué)性能會發(fā)生很大的變化，從而導(dǎo)致復(fù)合材料的性能也隨之變化。通過對固化過程中樹脂力學(xué)性能變化的研究，分析了復(fù)合材料在不同方向上應(yīng)力與應(yīng)變的演變過程。應(yīng)用已建立的復(fù)合材料黏彈性模型，對具有不同鋪層方式和不同厚度的層合板的固化變形情況開展了有限元分析，得到的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果規(guī)律