不同热环境下复合材料固化过程中的厚度效应

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20220328.002

复合材料科学与工程 ›› 2022, Vol. 0 ›› Issue (3): 15-23.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220328.002

不同热环境下复合材料固化过程中的厚度效应

陈淑仙, 包正弢, 张晓龙, 闫登杰

中国民用航空飞行学院航空工程学院,广汉618307

收稿日期:2021-05-25 出版日期:2022-03-28 发布日期:2022-04-24
作者简介:陈淑仙(1975-), 女, 博士,教授,主要从事树脂基复合材料热固化及性能分析方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(U1333201, 51306201);四川省科技计划项目(2019YJ0722);中国民用航空飞行学院科学研究基金(J2019-033)

Thickness effects of composite during curing process in different thermal environments

CHEN Shu-xian, BAO Zheng-tao, ZHANG Xiao-long, YAN Deng-jie

Aviation Engineering Institute, Civil Aviation Flight University of China, Guanghan 618307, China

Received:2021-05-25 Online:2022-03-28 Published:2022-04-24

摘要/Abstract

摘要： 为研究厚度对纤维增强环氧树脂基复合材料热固化质量的影响,建立了基于材料性能时变特性的热固性树脂基复合材料层合板热固化的三维非稳态有限元模型和数值计算方法,并采用已有实验结果验证了数值模型的正确性。数值计算了不同厚度的层合板在不同热环境下固化过程中的温度、固化度和残余应力演变过程,研究了厚度参数对固化过程中层合板内温度、残余应力分布及固化时间的影响。研究结果表明:在第一和第二种热控制环境下,随着层合板厚度的增大,层合板内最高温度值增大,残余应力增大,但层合板固化完成时间接近;在第三类热控制环境下,在一定范围内增大层合板厚度,层合板内最高温度值增大,残余应力增大,层合板固化完成时间延长,继续增大层合板厚度,固化时间缩短。对于本文所研究的大厚度层合板,与其他两种热控制环境相比,采用双面加热的第一类热控制环境进行热固化不仅可大大减小层合板内最高温度和残余应力,还可缩短固化时间。

关键词: 树脂基复合材料, 热固化, 厚度效应, 固化时间, 应力

Abstract: Three-dimensional unsteady finite element model and a numerical method for thermo-curing of resin matrix composite laminates were established by taking the time-dependent properties of materials into consideration in order to study the thickness effects on the thermo-curing process. And the validity of the mathematical model and calculation method was verified by the experimental results. The temperature, degree of cure and the residual stress in the laminates with different thicknesses under different thermal boundary conditions were numerically calculated. The effects of thickness parameters on the distributions of temperature and thermal stress in the laminates during curing as well as the curing time were studied. The results show that under the first and second types of thermal boundary conditions, with the increase of the thickness of the laminates, the maximum temperature and the residual stress in the laminates increase, while the curing time of the laminates is close. Under the third type of thermal boundary condition, with the increase of the thickness of the laminates in a certain range, the maximum temperature and the residual stress in the laminates increase, and the curing time of the laminates is prolonged. With the further increase of the thickness of the laminate, the curing time is shortened. For large thickness laminates considered in the article, compared with other two types of thermal boundary conditions, the application of the first type of thermal boundary conditions can not only greatly reduce the maximum temperature and residual stress in the laminates, but also shorten the curing time.

Key words: polymeric matrix composite, thermo-curing, thickness effects, curing time, stress

中图分类号:

TB332

陈淑仙, 包正弢, 张晓龙, 闫登杰. 不同热环境下复合材料固化过程中的厚度效应[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(3): 15-23.

CHEN Shu-xian, BAO Zheng-tao, ZHANG Xiao-long, YAN Deng-jie. Thickness effects of composite during curing process in different thermal environments[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2022, 0(3): 15-23.

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Thickness effects of composite during curing process in different thermal environments

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