BMC模壓過程非穩(wěn)態(tài)溫度場與熱應(yīng)力數(shù)值模擬

①頁數(shù) 79

②字?jǐn)?shù) 33611

③ 摘要
本文提出了一種系統(tǒng)的方法對BMC的固化過程中的非穩(wěn)態(tài)溫度場和固化度進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對固化過程中的熱應(yīng)力進(jìn)行了分析。首先分析了BMC固化過程的不穩(wěn)定導(dǎo)熱，建立了導(dǎo)熱微分方程。通過對不飽和聚酯樹脂的固化機(jī)理的研究，建立了固化動力學(xué)模型，并通過TMDSC實驗測定了固化動力學(xué)模型中的參數(shù)，由此確定內(nèi)熱源強(qiáng)度，建立了BMC固化過程非穩(wěn)態(tài)溫度場的數(shù)值模型。采用有限元和有限差分相結(jié)合的方法，解決了固化度和溫度的耦合問題，并用有限元分析軟件ANSYS對BMC固化過程中坯料內(nèi)部的溫度分布和固化度分布進(jìn)行了數(shù)值模擬，進(jìn)一步分析了BMC模壓溫度制度和制品厚度對非穩(wěn)態(tài)溫度場和固化度分布的影響。

④目錄
第1章　緒 論 1
1.1　課題背景 1
1.2　BMC的固化成型過程工藝技術(shù)的研究 2
1.2.1　BMC成型工藝 2
1.2.2　BMC固化過程特點 3
1.2.3　BMC固化工藝優(yōu)化 4
1.3　復(fù)合材料溫度場和熱應(yīng)力分析進(jìn)展 5
1.4　研究內(nèi)容 6
1.5　研究意義 7
第2章　BMC固化過程非穩(wěn)態(tài)溫度場數(shù)學(xué)模型 8
2.1　傳熱學(xué)基本理論 8
2.1.1　Fourier定律 8
2.1.2　熱傳導(dǎo)基本微分方程 8
2.1.3　三類基本邊界條件 9
2.2　樹脂基體的固化反應(yīng) 11
2.3　樹脂基體固化反應(yīng)動力學(xué) 13
2.3.1　UP樹脂固化反應(yīng)機(jī)理動力學(xué)模型 14
2.3.2　UP樹脂固化反應(yīng)經(jīng)驗動力學(xué)模型 14
2.3.3　BMC樹脂體系的固化動力學(xué)模型 15
2.4　BMC固化體系內(nèi)的放熱和傳熱 16
2.5　BMC模塑料的物性參數(shù) 17
2.6　非穩(wěn)態(tài)溫度場計算數(shù)學(xué)模型的建立 18
2.6.1　BMC固化過程熱傳導(dǎo)偏微分方程 18
2.6.2　初始條件 19
2.6.3　邊界條件 19
2.6.4　建立非穩(wěn)態(tài)溫度場計算數(shù)學(xué)模型 20
2.7　本章小結(jié) 21
第3章　測定固化反應(yīng)動力學(xué)參數(shù) 22
3.1　概述 22
3.2　TMDSC原理 23
3.3　確定UP樹脂固化動力學(xué)模型參數(shù) 25
3.3.1　固化反應(yīng)熱與固化度 25
3.3.2　固化動力學(xué)模型參數(shù)的確定方法 27
3.4　實驗部分 27
3.4.1　原材料 27
3.4.2　實驗儀器 28
3.4.3　試驗條件及試驗參數(shù)的選擇 28
3.4.4　實驗步驟 29
3.4.5　實驗數(shù)據(jù) 30
3.5　動力學(xué)參數(shù)的確定 30
3.5.1　固化反應(yīng)熱和系數(shù) 30
3.5.2　動力學(xué)參數(shù) 31
3.6　本章小結(jié) 33
第4章　BMC模壓過程溫度場計算和驗證 34
4.1　有限元方法的概論 34
4.2　非穩(wěn)態(tài)溫度場的有限元分析 35
4.2.1　非穩(wěn)態(tài)溫度場的變分計算 35
4.2.2　有限元近似算法 36
4.2.3　時間上的有限差分計算 37
4.2.4 固化過程中固化度與溫度的耦合問題 38
4.3　使用ANSYS計算非穩(wěn)態(tài)溫度場 39
4.3.1　ANSYS軟件介紹 39
4.3.2　模型建立與“熱－固化”耦合處理 40
4.3.3　非穩(wěn)態(tài)溫度場計算參數(shù)的確定 41
4.3.4　非穩(wěn)態(tài)溫度場計算結(jié)果 42
4.4　熱電偶的設(shè)計與制作 44
4.4.1　熱電偶的工作原理 44
4.4.2　熱電偶的組裝 45
4.4.3 熱電偶的標(biāo)定 46
4.5　用熱電偶測定非穩(wěn)態(tài)溫度場 47
4.5.1 原材料 47
4.5.2　實驗儀器與設(shè)備 47
4.5.3　實驗步驟 47
4.5.4　實驗結(jié)果 48
4.6　結(jié)果分析 49
4.6.1　數(shù)值模擬結(jié)果的評價 49
4.6.2　非穩(wěn)態(tài)溫度場分析 49
4.6.3　模壓溫度對BMC固化過程的影響 50
4.6.4　第二次升溫速率對BMC固化過程的影響 53
4.6.5　BMC模塑料物性參數(shù)對其固化過程的影響 55
4.7　本章小結(jié) 57
第5章　BMC模壓過程熱應(yīng)力場數(shù)值模擬 58
5.1　BMC模壓過程熱應(yīng)力場分析 58
5.1.1　熱應(yīng)力的產(chǎn)生 58
5.1.2　BMC模壓過程中的熱應(yīng)力分析 60
5.2　熱應(yīng)力問題的數(shù)值解法 60
5.3　材料常數(shù)的確定 61
5.3.1　固化過程中材料彈性常數(shù)的確定 61
5.3.2　熱膨脹系數(shù) 64
5.4　數(shù)值模擬 65
5.5　結(jié)果與討論 65
5.6　本章小結(jié) 68
結(jié)　 論 69
參考文獻(xiàn) 71
攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 75
致 謝 76




⑤關(guān)鍵字 BMC模壓、非穩(wěn)態(tài)溫度場、熱應(yīng)力數(shù)值模擬

⑥參考文獻(xiàn)
1 何宇聲. 復(fù)合材料在材料科學(xué)技術(shù)中的作用和地位. 玻璃鋼/復(fù)合材料.
2 黃家康. 聚酯模塑料生產(chǎn)與成型技術(shù). 化學(xué)工業(yè)出版社.
3 董永祺, 熊學(xué)斌. SMC、BMC用于制造汽車的沿革與燦爛前景. 纖維復(fù)合材料.
4 賀克強(qiáng), 王朋年, 黃日明. BMC用于微電機(jī)模壓塑封研制. 武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報.
5 G. S. Springer, J. Keynote, R. Address. The Role of Models in Manufacturing Thermosetting and International. VI, Atlanta, GA.
6 Chao-Ming Lin, Cheng-I Weng. Simulation of Compression Molding for Sheet Molding Compound Considering the Anisotropic Effect. Polymer Composites.
7 R. R. Hill, T. J. Wang, L. James. Simulation of SMC Compression Molding-Filling, Curing, and Volume Changes. 47th Annual Conference, Composites Institute, the Society of the Plastics Industry, Inc. February 3-6， Session 13-B/1~Session 13-B/9