基于切割槽法的复合材料固化残余应力测量研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wu000mengya
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任何一种新型材料的应用和发展必然要依赖于越来越多的应用需求,现代社会人们对于车辆的节能减排,飞机、汽车的出行安全,可穿戴设备、运动装备的轻便性等等需求愈发提高,传统的轻量化金属难以同时满足高可靠性和低密度的要求,碳纤维复合材料应运而生取得了极大的发展。受益于其特有的相对于传统金属材料的高强度、低密度、高可靠性的优点,在航空航天、军事装备、汽车制造等等领域取得了极大的发展和应用。复合材料的固化成型过程是保证最终构件性能的关键一步。由于固化成型工艺过程中包含物理化学反应进程,导致构件内部的温度场和固化度分布不均,最终演变成为残余在构件中的内应力和最终的固化变形,对构件的尺寸质量和力学性能产生影响,故而对复合材料内部残余应力的测量则成为了复合材料在实际应用中十分重要的一环。目前在材料内部残余应力的测量方向主要有有损测量法和无损测量法两大类方法,而工业上应用最广泛的就是成本低,操作难度小的有损测量法。本文针对复合材料-金属层合构件,对现有复合材料有损测量法中的增量切割法的几个缺点进行了改进研究。(1)通过查阅国内外相关领域研究文献,确定了残余应力测量试验的试验方法,并根据研究对象铝合金-复合材料层合结构的已知热化学参数和力学参数确定了树脂固化动力学模型和传热模型对构件进行了固化成型过程中的模拟,并与实际应力测量试验中获得的数据相对比,以验证仿真结果的正确性。(2)针对切割槽法中无法确定构件最具代表性的残余应力测量位点的缺点,利用仿真模型和试验数据相结合的方法,得出了平板结构的金属-复合材料层合构件在使用切槽法时的最佳测量位置,并在此基础上进行了参数化研究。(3)针对切割槽法中重力因素造成的测量结果失真,使用试验数据对有限元仿真模型进行验证、有限元仿真结果对实验数据进行参数化研究的方法,得出了试验条件下重力因素对于残余应力测量精度影响的大小,并使用有限元模型进行重力因素影响大小的参数化研究。(4)针对切割槽法中对同一构件多次重复切割测量会造成相互影响,使测量数据偏离实际值的缺点。使用有限元仿真模型对试验构件进行了重复切分安全距离的预测,并对试验构件进行了试探性切割,证明了有限元仿真方法在重复切分安全距离预测上的可行性,并以此为基础对于重复切分安全距离进行了参数化研究,给出了相应的变化规律。
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