碳基復(fù)合材料制備工藝模擬及工藝中材料的力學(xué)性能表征.pdf

1、碳基復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。作為一種先進(jìn)的工程材料，碳基復(fù)合材料的性能很大程度上依賴于制備工藝。其制備工藝的核心又是致密化處理工藝，該工藝的周期長、成本高、工藝溫度苛刻、工藝反應(yīng)十分復(fù)雜。因此，對(duì)碳基復(fù)合材料的致密化工藝的研究一直以來都是碳基復(fù)合材料研制和應(yīng)用的關(guān)鍵。本文建立了數(shù)學(xué)模型描述碳基復(fù)合材料“液相浸漬致密化工藝”過程，進(jìn)而建立“工藝－微結(jié)構(gòu)－材料性能”之間的關(guān)系以促進(jìn)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、工藝與性能優(yōu)化的一體化。
　

2、　本文把工藝過程中的碳基復(fù)合材料看作由增強(qiáng)纖維、液相浸漬劑、基體固化產(chǎn)物、碳化產(chǎn)物、石墨化產(chǎn)物和氣體組分材料構(gòu)成的六相系統(tǒng)，基于系統(tǒng)內(nèi)物、化反應(yīng)機(jī)理和阿倫尼烏斯方程，建立了該系統(tǒng)的熱、質(zhì)傳遞方程組描述各組分相間的相變反應(yīng)，建立了修正的熱傳導(dǎo)方程描述工藝過程中復(fù)合材料內(nèi)部的溫度場(chǎng)。利用差分法求解了熱、質(zhì)傳遞微分方程組，數(shù)值模擬了各組分材料體積含量在整個(gè)制備工藝過程中的變化規(guī)律。通過瀝青碳收率實(shí)驗(yàn)值與本文模擬結(jié)果和C/C復(fù)合材料石墨化度實(shí)驗(yàn)

3、值與本文模擬結(jié)果的對(duì)比，得到的誤差分布合理，分別驗(yàn)證了本文工藝模擬模型對(duì)致密化處理工藝和高溫?zé)崽幚砉に嚹M的合理性和有效性。
　　基于漸進(jìn)均勻化思想，建立了基體的多層立方體殼單胞模型，推導(dǎo)出了含多相組分材料的基體體平均的等效彈性性能和強(qiáng)度解析式。基于多尺度方法計(jì)算了多層立方體殼單胞模型的彈性性能。理論與數(shù)值結(jié)果吻合較好。利用對(duì)C/C復(fù)合材料制備工藝模擬的結(jié)果，給出了C/C復(fù)合材料基體在工藝過程中彈性性能和強(qiáng)度的變化規(guī)律。進(jìn)而，研究