圆管状编织C/C复合材料的热力耦合分析

来源 :山东轻工业学院 齐鲁工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:czh126
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碳/碳(C/C)复合材料尤其是三维编织碳/碳复合材料其力学性能和热物性能非常优良。其特别突出的优点是在高温条件下力学性能比常温下不降却升且能保持良好。因此被广泛应用于许多诸如航空航天、体育器材、汽车、医疗等高科技领域。对C/C复合材料的力学性能及热力学性能研究目前取得了一定的成果,但往往局限于对力学性能的研究或者某一特定温度条件下的力学性能研究,并且以单向C/C复合材料或二维C/C复合材料为研究对象,而对三维编织的C/C复合材料研究较少。本文以一种圆管状编织C/C复合材料为研究对象,建立其三维模型,在此基础上进行温度场、应力场及热力耦合场的分析及研究。  第一章对C/C复合材料的性能及特点、优点进行介绍,并对国内外关于C/C复合材料微观模型的建立、力学性能的数值模拟、界面力学分析和热力学分析等方面的研究及其成果进行了综述。对论文的选题及研究意义进行了阐述。  第二章对温度场进行了理论分析,建立了温度场的有限元格式。通过建立一种圆管状编织C/C复合材料的模型,运用体积平均法计算出其热力学参数。在此基础上,以火箭发动机喷管为模型,运用有限元分析软件对其进行了温度场的数值计算及分析。  第三章对应力场进行了理论分析,得到应力场的有限元表达格式。并对第二章所建立的火箭发动机喷管模型进行了应力场分析,得到了位移及应力云图及已设置路径的位移及应力曲线,对其进行了分析,阐述了位移及应力最大值及其相应位置、应力集中区域。对在不同压力载荷下模型应力场进行了数值仿真及分析。  第四章对热力耦合理论进行了分析,建立了热力耦合场的有限元格式。并对用有限元法进行顺序耦合方法进行了阐述。针对前述模型研究了在温度与压力载荷同时作用下的位移场及应力场,得到了位移及应力云图,并对其进行分析。同时对在有、无温度载荷两种条件下的应力场进行了对比分析。最后在温度载荷不变的条件下,对模型施加不同压力载荷进行位移及应力场有限元模拟及分析。
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