题目：复合材料层板热压温度场与树脂流动模拟及其实验验证

传统的以经验为基础而设计的树脂基复合材料热压成型生产工艺存在成本过高、制件质量不稳定、合格率较低等问题。本文通过深入研究复合材料在热压成型过程中的内部变化历程，采用有限单元法对树脂基复合材料在热压工艺成型过程的热传导、固化放热以及树脂二维流动进行了数值模拟，模拟中充分考虑封装材料的影响，实现了温度、固化度、纤维体积分数和树脂压力分布情况的预报，从而为科学设计和优化工艺制度提供了较重要的理论依据。 本文针对120玻纤布/环氧5224体系和T700碳纤维/双马QY8911体系，研究了物理参数对模拟精度的影响，分析了封装材料和空气对流对温度场的影响，并对非等厚构件及大型复杂构件进行了模拟。结果表明，准确的比热容、导热系数及其计算模型对提高模拟精度十分重要，而密度可简化处理，对于厚制件，则应考虑纤维体积分数分布的影响。封装材料会加大层板中的“过热”现象。 研究了控制吸胶工艺中吸胶材料对纤维密实过程的影响，研究发现，吸胶材料吸满树脂后，层板内部纤维会发生重新排列，且树脂粘度越小、纤维密实不均匀性越大、凝胶时间越长、外加压力越大，纤维越容易发生重排。同时，实验结果也表明层板内纤维存在重排现象。 分析了非等厚层板中铺层方式、加压方向、纤维搭接处的三角区对层板变形和树脂流动的影响。结果表明，90度铺层的层板在梯度方向最易变形，但其总变形量主要由厚度方向上的变形贡献；0度铺层的层板在梯度方向不易变形，但树脂很容易在这个方向上流动，水平和竖直方向的树脂流量共同决定了树脂的总流量；正交铺层在两个方向上均不易变形和流出树脂。加压方向对层板密实影响不大，三角区的处理方式会影响纤维体积分数的预测结果。 通过模拟分析了树脂压力对孔隙形成的影响，结果表明凝胶温度低、相对湿度小、外压压力大，有利于抑制孔隙的形成，实验结果也证明树脂压力是影响孔隙的一个重要原因。铺层方式对孔隙的影响在等厚层板和非等厚层板中不同，说明夹杂空气、纤维网络等对孔隙形成的影响不可忽略，后续的工作需要对此部分展开。