纖維-樹(shù)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(guò)將近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料以其良好的耐疲勞特性、高比強(qiáng)度和比模量、突出的多功能性和減振性能以及獨(dú)特的可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，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(guò)程中，由于材料熱脹或者熱縮效應(yīng)、樹(shù)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(guò)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(jià)值。
　　本文以碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料體系為研究對(duì)象，建立了其在固化過(guò)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(duì)復(fù)合材料在固化成型時(shí)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(jì)算，并開(kāi)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究?；谏鲜鲅芯?，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(guò)建立純樹(shù)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(duì)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(duì)各參數(shù)的影響，實(shí)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(guò)數(shù)據(jù)擬合以及有限元分析軟件的二次開(kāi)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(duì)比分析了分別采用線彈性模型和黏彈性模型計(jì)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(shù)脂本身的黏彈效應(yīng)，使復(fù)合材料在固化過(guò)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(jì)算得到的固化變形量總小于采用線彈性模型的計(jì)算結(jié)果;并且樹(shù)脂含量越高，復(fù)合材料的黏彈性表現(xiàn)得越明顯。
　　樹(shù)脂在固化過(guò)程中力學(xué)性能會(huì)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(guò)對(duì)固化過(guò)程中樹(shù)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(guò)程。應(yīng)用已建立的復(fù)合材料黏彈性模型，對(duì)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(kāi)展了有限元分析，得到的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果規(guī)律