低密度碳/酚醛复合材料高温响应数值模拟分析

发布时间：2025-05-12 20:58

　　航天器以高超声速穿越大气层时表面会面对复杂加热环境,这对航天器热防护材料提出了更高的要求。低密度碳/酚醛复合材料作为新一代轻质热防护材料的代表,具有非常优异的防隔热性能,已用于航天器的热防护材料。在高温条件下树脂基热防护材料会发生一系列十分复杂的物理及化学反应,存在温度场、压力场以及位移场的耦合作用。充分考虑材料高温条件下的多场耦合作用,分析低密度碳/酚醛复合材料的高温热力响应,对该材料结构设计分析及评价具有重要意义。本文利用有限元方法分析热传导、气体传输以及热力变形耦合作用,同时考虑材料表面后退的影响,并开展材料单侧石英灯加热实验进行相关分析研究。首先,基于低密度碳/酚醛复合材料传热及传质方程,利用有限元方法实现了材料在高温条件下的温度/压力/位移多场耦合计算分析,通过典型算例验证了计算方法的正确性,同时考虑了模型尺寸、网格疏密程度以及计算增量大小对计算结果的影响。其次,对低密度碳/酚醛复合材料进行石英灯单侧加热实验。利用戈登计标定石英灯加热热流,利用热电偶测温系统采集距加热面不同位置的温度;对高温加热实验后材料宏观形貌及沿加热方向的截面微观结构演化进行观测,并且与氧乙炔加热实验结果进...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 轻质烧蚀热防护材料发展
        1.2.2 树脂基复合材料热解及高温力学性能
        1.2.3 树脂基复合材料烧蚀实验研究分析
        1.2.4 树脂基复合材料多场耦合数值模拟
    1.3 本文的主要内容
第二章 基于ABAQUS实现温度/压力/位移的多场耦合计算
    2.1 引言
    2.2 三维模型的热传导方程及气体扩散方程理论
    2.3 碳化材料温度/压力的耦合分析
        2.3.1 材料热解对热传导的影响
        2.3.2 气体压力变化对热传导的影响
    2.4 材料温度/压力场耦合模拟分析的验证
    2.5 三维模型温度/压力/位移的耦合数值计算
    2.6 本章小结
第三章 高温实验分析及验证
    3.1 引言
    3.2 实验原理及过程
    3.3 实验结果及分析
        3.3.1 试件形貌观测及分析
        3.3.2 试件温度场分析
    3.4 两种加热方式实验结果对比分析
    3.5 试件在热流边界条件下的多场耦合分析
    3.6 材料热导率反演计算
    3.7 本章小结
第四章 考虑材料表面后退的多场耦合计算分析
    4.1 引言
    4.2 ABAQUS中的ALE方法
    4.3 多场耦合计算分析及结果验证
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：4045217