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碳/碳复合材料在高温环境中具有优异的耐高温性能,在高温烧蚀环境下可以通过自身发生烧蚀带走大量热量,减小了热量向结构内部的传递,从而有效的保护了内部结构,起到了热防护的作用。因此在工程应用领域对防热复合材料烧蚀行为进行研究具有重要的应用价值。 有限元数值模拟方法是解决复杂工程问题中最常用的方法,且目前针对不同的工程应用问题已经开发出了各类有限元计算软件。另外,有限元数值分析软件在对研究问题进行数值计算分析时,还提供了很多方便的图形化用户界面和丰富的后处理功能,使得数值模拟取得了前所未有的突破。可以方便的对计算模型进行分析和探讨。 在本文研究工作中,通过对复合材料烧蚀机理进行分析,耦合能量守恒原理、质量守恒原理和热化学反应平衡原理建立复合材料的烧蚀模型,利用有限元数值计算方法,将复合材料烧蚀机理中的表面烧蚀、材料分解、温度场、质量损失进行耦合分析。对C/C复合材料RVE结构进行了耦合性数值模拟,计算得到质量损失、碳层厚度、温度随着时间的变化情况,结果表明,烧蚀过程的各种因素之间存在复杂的相互影响;随着烧蚀时间的增加,材料的热分解减弱,热解向内渗透速度减慢;材料内部热解的持续渗透,使得材料内部发生质量损失,出现碳化层、热解层和原始材料层的分层现象。利用数值计算方法能真实地反映复合材料烧蚀的特征。