摘要：先进复合材料格栅结构(AGS)是一种综合了材料技术与结构设计优点的新型空间点阵结构,具有轻质高强、耐腐蚀、可设计、高损伤容限与环境鲁棒性等优点,已被广泛运用于航空、航天、轮船等运载器中,成为具有进展前景的新型承力结构构型之一。但由于其在制备历程中出现极其复杂的多物理场耦合行为,导致其制备工艺设计复杂、产品良品率低等不足,限制了其运用范围的扩大。本论文首先对AGS的制备工艺开展了相应的探讨,在此基础上,提出了一种以硅橡胶为整体芯模的软模辅助共固化工艺改善案例；然后,分别采取实验和数值仿真的策略对其在制备历程中出现的多物理场耦合行为进行了探讨,以验证该工艺案例的可行性,并提出了改善制备工艺的措施；最后,开发了相应的集成浅析软件包AGSCURE,此软件包将为AGS的制备工艺参数设计提供一个有效的浅析工具。本论文工作是国家自然科学基金重点项目“面向近空间飞行器的多功能超轻质结构设计优化论述”(90816025)和国家自然科学基金面上项目“先进复合材料网格结构共固化工艺与软模成型参数优化浅析”(10702012)课题中的重要探讨内容之一论文的主要探讨内容和成果如下：1.硅橡胶为整体芯模的软模辅助共固化工艺的实验探讨和光纤布拉格光栅为传感器的在线监测案例探讨(1)通过对典型AGS的软模辅助共固化工艺制备实验说明,硅橡胶整体芯模降低了芯模的制备、装配和定位要求,开槽底部连续硅橡胶产生的膨胀压力推动了肋骨预浸料中纤维床的压实,提升了网格肋骨与蒙皮间的连接质量,并简化了脱模操作。(2)由布置于试件内自封装增敏型光纤布拉格光栅温度传感器和应变传感器监测结果证明,软模辅助共固化工艺在AGS制备中具有可行性与有效性。2.先进复合材料格栅结构软模辅助共固化工艺的数值仿真探讨(1)由于目前先进复合材料的工艺力学探讨,大部分浅析模型仅考虑了先进复合材料结构,忽略了模具、辅助材料对其固化行为的影响,在某些情况下,这种简化模型将对软模辅助共固化工艺中AGS的温度传导不足产生较大误差。为此,作者提出了一种采取接触约束描述模具与辅助材料对AGS固化行为影响的策略,并以典型AGS的软模辅助共固化工艺为例,提出了实现在数值仿真中浅析精度与计算效率间平衡的措施。(2)由于在制备历程中树脂基体热力学性能变化、增强纤维与树脂基体间热力学性能不匹配和组成结构的各构件刚度差别等因素的影响,导致了先进复合材料结构成型后其残余应力分布的复杂性,为此,本论文采取考虑松弛效应的等效弹性策略和复合材料细观力学论述实现了各向异性先进复合材料黏弹性行为的模拟,提升了现有先进复合材料残余应力进展浅析模型的效率与精度,并以该模型探讨了软模辅助共固化工艺中AGS残余应力的进展规律。(3)在软模辅助共固化工艺中,准确确定工艺间隙是先进复合材料结构受到均匀、同步固化压力的保障,为此,本论文采取弹论述的有限元策略来设计硅橡胶芯模尺寸,并以典型算例探讨了工艺间隙对AGS所受膨胀压力分布规律的影响。通过比较已有的热弹性策略设计结果,说明了该策略的优越性。3.先进复合材料格栅结构软模辅助共固化工艺的集成浅析程序包AGSCURE的开发和制备工艺参数探讨(1)基于上面陈述的实验和数值仿真探讨的成果,开发了模拟AGS软模辅助共固化工艺历程的集成浅析程序包AGSCURE,该软件包可用于AGS的工艺参数设计。(2)基于AGSCURE软件对典型AGS制备工艺历程的仿真和工艺参数探讨,发现了AGS的几何因素对其固化行为和树脂流动行为影响的规律,如肋骨宽度对温度场分布的影响比肋骨高度显著,而树脂粘度变化对肋骨高度更敏感；热压釜提供的固化压力无法驱使尺寸较大AGS预浸料内发生有效的树脂流动与纤维床压实行为。本论文所提出的软模辅助共固化工艺案例、浅析模型、论述和所得到的结论将对AGS低成本、整体化制备工艺的设计和探讨具有一定的工程和科学价值。关键词：先进复合材料格栅结构论文软模辅助共固化工艺论文多场耦合论文工艺力学论文数值模拟论文
摘要4-6
Abstract6-12
CONTENTS12-15
图表目录15-19
主要符号表19-21
1 绪论21-51
1.1 探讨背景及作用21-25
1.2 先进复合材料格栅结构的进展25-28
1.3 探讨进展28-30
1.4 制备工艺的探讨近况30-38
1.5 制备历程的数值仿真38-46
1.6 光纤传感器的运用46-48
1.7 本论文的主要探讨工作48-51
2 软模辅助共固化工艺实验探讨51-67
2.1 引言51-53
2.2 实验案例53-62
2.2.1 实验材料53-54
2.2.2 光纤传感器54-58
2.2.3 试件的制备58-62
2.3 实验结果与讨论62-66
2.3.1 温度变化62-64
2.3.2 应变变化64-66
2.4 本章小结66-67
3 软模辅助共固化工艺中温度场探讨67-90
3.1 引言67-68
3.2 热—化学浅析论述68-75
3.2.1 热传导方程68-69
3.2.2 固化动力学模型69-71
3.2.3 接触热阻71-73
3.2.4 有限元列式与解法73-75
3.3 数值解法与验证75-80
3.4 结果与讨论80-88
3.4.1 温度场与固化度场的模拟80-83
3.4.2 固化制度的优化83-84
3.4.3 尺寸对温度场和固化度场的影响84-87
3.4.4 网格构形对温度场和固化度场的影响87-88
3.5 本章小结88-90
4 软模辅助共固化工艺中树脂流动探讨90-106
4.1 引言90-92
4.2 流动压缩模型92-95
4.2.1 树脂粘度92
4.2.2 树脂流动92-93
4.2.3 纤维床的变形93-95
4.3 数值解法与验证95-102
4.3.1 程序验证95-97
4.3.2 树脂流动模拟97-102
4.4 几何构型对树脂流动行为的影响102-105
4.5 本章小结105-106
5 软模辅助共固化工艺中残余应力进展探讨106-131
5.1 引言106-108
5.2 浅析模型108-118
5.2.1 树脂基体弹性模量109-112
5.2.2 体积收缩模型112
5.2.3 先进复合材料力学性能参数预报模型112-115
5.2.4 先进复合材料有效热膨胀系数模型115
5.2.5 超弹性材料接触115-117
5.2.6 数值解法117-118
5.3 数值求解结果118-130
5.3.1 模型验证118-123
5.3.2 残余应力的进展123-130
5.4 本章小结130-131
6 软模辅助共固化工艺芯模设计探讨131-143
6.1 引言131-132
6.2 工艺间隙的设计论述132-135
6.3 芯模设计浅析模型135-136
6.4 数值浅析结果136-142
6.4.1 接触压力136-139
6.4.2 工艺间隙的优化与影响因素139-142
6.5 本章小结142-143
7 结论与展望143-147
7.1 结论143-145
7.2 展望145-147
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