题目：蜂窝夹层结构热压罐成型过程数值模拟研究

蜂窝夹层结构由于其优异的性能在航空航天领域取得广泛的应用。在蜂窝夹层结构热压罐成型过程中，工艺制度及夹层结构尺寸对构件的成型质量具有重要影响。制造过程数值模拟是避免传统大量工艺—性能实验从而降低制造成本的重要途径。本论文通过有限元计算实现蜂窝夹层结构热压罐成型过程温度场模拟，研究了温度制度、夹层结构尺寸及材料热物性参数等对温度场分布的影响；通过流动密实场模拟实现了蜂窝夹层结构中复合材料蒙皮在成型过程中树脂流出量的预报，在此基础上通过建立胶瘤截面的二维几何模型实现胶瘤尺寸预报，研究了压力制度及蒙皮厚度等因素对胶瘤尺寸的影响。

基于Fourier热传导模型及Kamal固化反应动力学模型，使用FEPG/GID有限元软件实现了蜂窝夹层结构热压罐成型过程温度场、树脂固化分布的模拟。在夹层结构厚度方向，上蒙皮因树脂固化反应热积聚产生明显过热现象，下蒙皮因铁板模具的高导热其过热现象相对较弱；在平面方向中心位置温度历程与边缘位置同样存在差别；上蒙皮树脂固化速率明显高于下蒙皮，表明树脂的温度场与固化场具有强烈的耦合关系。

在验证温度场模拟准确性的基础上，分析了成型温度制度、夹层结构尺寸及材料热物性参数对温度场分布与变化的影响规律。结果表明随温度平台、升温速率的增高，上蒙皮过热现象增强；随蒙皮厚度的增加，上、下蒙皮过热现象均有明显增强；随蜂窝夹芯厚度的增加，上蒙皮过热后恢复到温度平台的速率减慢；蒙皮比热容及密度对温度场分布有明显影响，导热系数对温度场影响程度相对较小。

基于Gutowski纤维压缩方程、Kozeny-Carman纤维渗透方程及树脂Arrhenius粘度方程，使用FEPG/GID有限元软件实现复合材料蒙皮流动密实场模拟，通过蒙皮厚度变化预测蒙皮树脂流出量。基于Young-Laplace方程建立蜂窝夹层结构中胶瘤截面的二维几何模型，在考虑蜂窝胞元内部胶瘤实际分布情况的基础上通过建立模型各部分几何关系，确定形成胶瘤的树脂的等效面密度表达式，联立通过流动密实模拟得到的流出树脂的面密度表达式，计算得出胶瘤的尺寸。

通过流动密实模拟，考察了成型压力制度及蒙皮厚度对胶瘤尺寸造成的影响。结果表明，随加压时机的推迟，胶瘤尺寸起初不变，当加压时机推迟到一定程度，胶瘤尺寸开始逐渐减小；随成型压力的增加，胶瘤尺寸增大；随蒙皮厚度增加，胶瘤尺寸增大。通过实际实验，对模拟计算结果进行了验证，发现吻合性好。