热固性树脂基复合材料固化过程的三维数值模拟

      针对热固性树脂基复合材料成型工艺的固化过程建立了数学模型，并采用有限单元法进行了三维瞬态数值分析。编制了有限元模拟程序CURESIM，通过具体数值模拟算例，表明本文中所建立的分析模型及算法具有较高的可靠性。模拟的固化过程并不特指某一成型工艺，因而模拟的数值方法具有一定的普遍性。模拟程序可以计算得到任意时刻复合材料内温度及固化度分布，通过数值模拟可以有效地优化固化加热工艺参数，提高产品质量。

      树脂基复合材料是指由树脂和纤维增强材料所构成的一类复合材料。因其具有比强度和比刚度高、可设计性强、抗疲劳性好、耐腐蚀性能好以及便于大面积整体成型和具有特殊的电磁性能等独特优点，已广泛地应用于建筑、汽车、航空航天等领域。热固性树脂基复合材料成型工艺主要包括手糊成型、拉挤成型、模压成型、树脂传递模塑成型、热压罐成型、缠绕成型等。尽管这些成型工艺区别很大，但它们都有一个共同的阶段，即通过树脂分子间的交联反应固化成型。在许多成型工艺中，固化阶段的树脂并不发生流动，因此，可以忽略因树脂流动而产生的热量传递。固化过程涉及到热传导和化学反应两个方面，并且两者相互影响，是一个复杂的耦合过程。树脂基复合材料制品中的缺陷如尺寸误差、翘曲等很多是由于在固化阶段没有很好地控制温度梯度以及不均匀固化所造成的。因此，准确地模拟固化阶段复合材料内部的温度和固化度的分布及其变化规律，对提高复合材料产品质量有着重要意义。固化过程中复合材料的热传导、固化、残余应力等现象。

      本文作者采用有限单元法建立了树脂基复合材料成型工艺中固化过程的三维瞬态数值分析模型。由于在许多成型工艺中，固化阶段增强纤维的变形很小，且树脂基本不发生流动，本文中假定在固化过程中增强纤维不变形、树脂不流动。本文中模拟的固化过程并不特指某一成型工艺，模拟的数值方法具有一定的普遍性。本文作者编制了计算程序并参照有关文献的实验进行了数值模拟，将计算结果进行了可视化处理。

资料下载：   热固性复合材料固化过程中温度场的三维有限元分析.pdf