叠层复合材料温度场的数值模拟研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

复合材料性能优越,可设计性好,被选定为优先发展的新材料之一,在化工、微电子、航空航天、国防军工等领域有着广泛的应用。随着材料工业的发展和技术的创新,复合材料在世界范围内已经步入前所未有的历史发展新阶段,叠层复合材料由两个或多个组成相在一定体积内连续级配而成,是复合材料领域的先进材料,可以抵抗高温并且能够有效地降低热应力。

近几十年来,叠层复合材料温度场的热响应和力学性能问题得到了研究人员的广泛关注。关于叠层复合材料的许多分析研究报告,陈明明、陈秀华、张大旭等[1]通过单向拉伸试验,对比研究平纹叠层sic/sic复合材料在室温和高温(1 200℃)环境下的宏观力学特性,并采用扫描电镜对试验件断口进行观测,以分析其微观损伤模式和破坏机理。张龙[2]在研究中提出复合材料制造、加工和使用过程中往往会伴随有剧烈的温度变化,由于层合板层间材料属性的不同,层合板内部会产生显著的温度应力。这些温度应力会大到足以使结构产生过大的变形,甚至导致层合板结构纤维的断裂、剥离和基体的破坏。因此,为了最大限度的保证复合材料层合结构的安全可靠,准确预测热荷载作用下复合材料层合板中的应力分布情况是一个重要的科学问题。郭浩天[3]采用ansys软件模拟分析了叠层结构参数(层数、层厚、体积分数等)对cu/mo叠层复合材料热性能的影响规律,在此基础上,通过等离子活化烧结技术引入高密度电流来改善cu/mo界面原子互混程度和微结构,在优化工艺基础上获得了无残余孔洞且具有一定原子互混程度的高质量界面,成功制备出层厚、层数不同的多种叠层复合材料试样,并测量其热膨胀系数,然后将实测值与模拟计算结果进行对比研究,从而验证模拟结果的准确性。

组分材料的含量、制备方法、微观结构、几何尺寸等因素的影响,都会对叠层复合材料的材料属性和导热性能有较大影响。当前国内外对叠层复合材料导热的模拟预测中,存在很多的不足,叠层复合材料热分析所采用的开发、应用,材料的各种数学理想化,温度曲线,建模技术和解决方法,不够深入与完善,尤其在复杂载荷工况下,数值模拟结果与理论结果的变化趋势有较大出入。因此,建立合理的理论模型与计算模型,对影响导热性能的因素及其影响规律进行研究分析,获得最优的解决方案,对叠层复合材料的设计具有重要的意义。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容:

本文以叠层复合平板与圆筒结构为研究对象,分别建立理论模型与有限元分析模型,推导叠层复合平板与圆筒结构温度场分布的解析解,计算分析叠层复合结构各组成材料的温度场分布规律,并将数值结果与理论解对比分析,研究影响复合材料的导热性能的影响因素。通过两种典型结构的计算结果,讨论、分析和选取更为合理、有效的设计方案。

2.2研究目标:

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3. 研究计划与安排

第1-3周 查阅国内外文献,了解复合材料的导热性能数值模拟的研究现状, 查找并翻译英文文献,完成开题报告;

第4-6周 学习与研究内容相关的理论知识,建立复合材料的导热性能计算分析模型;

第7-9周 完成不同条件下复合材料的导热性能数值模拟分析;

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4. 参考文献(12篇以上)


  1. 陈明明,陈秀华,张大旭,伍海辉,郭洪宝,龚景海.平纹叠层sic/sic复合材料室温和高温拉伸行为与破坏机理[j].上海交通大学学报,2019,53(01):11-18.

  2. 张龙. 热—力作用下复合材料层合板的响应分析[d].东南大学,2015.

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