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固化冷却过程中复合材料参数对其应变的影响

来源:用户上传      作者: 滕亚莉 王力 黄立威

  摘要:为有效降低某复合材料固化冷却过程中的应变水平,以某圆柱形复合材料为例,利用有限元分析软件MSC Nastran,研究固化冷却过程中复合材料参数对其应变的影响.计算得到复合材料最大von Mises应变值和分布位置,分析弹性模量、泊松比、线膨胀系数、密度等参数对其应变的影响.
  关键词:固化冷却; 复合材料; 材料参数; 有限元
  中图分类号:TB33文献标志码:B
  1有限元分析的理论基础
  有限元法将物体分成有限个数的小单元体,在每个单元体上布置若干节点,通过形函数将单元体内任一点的位移近似地用节点位移表示,由此得到整个物体的位移场必须是连续的.根据虚功原理或最小势能原理以及问题的边界条件等,写出节点位移所满足的代数方程.求解这些方程,得到节点位移,再由节点位移求解出物体的位移场、应变场和应力场等.应用Patran作前后处理,MSC Nastran作解算器,对某复合材料模型采用六面体八节点3D等参元进行有限元划分.
  1.1热传导分析方程
  采用有限元分析方法可以得到某复合材料热传导分析方程[1]为CTt+K+FT=Q (1)式中:T为节点温度向量;Q为节点热流向量;C为热容矩阵,C=element∫VeNTρcN dVN为单元插值形函数矩阵;K为热传导矩阵,K=element∫VeNTxiλijNxj dV传热分析边界条件的处理:
  4结论
  (1)在固化冷却过程中,某圆柱型复合材料的最大von Mises应变位于其中段内表面.
  (2)固化冷却过程中,模量对结构完整性影响极小;随着泊松比的减小,结构的最大von Mises应变值减小,但对结构完整性的影响较小;随着热膨胀系数的减小,结构的最大von Mises应变值减小,且对结构完整性的影响较大;密度对结构完整性基本没有影响.
  (3)在进行类似复合材料设计时,应尝试选取材料热膨胀系数较低的材料,可减小其最大von Mises应变值.
  参考文献:
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