航天器以高超聲速穿越大氣層時表面會面對復雜加熱環(huán)境,這對航天器熱防護材料提出了更高的要求。低密度碳/酚醛復合材料作為新一代輕質(zhì)熱防護材料的代表,具有非常優(yōu)異的防隔熱性能,已用于航天器的熱防護材料。在高溫條件下樹脂基熱防護材料會發(fā)生一系列十分復雜的物理及化學反應,存在溫度場、壓力場以及位移場的耦合作用。充分考慮材料高溫條件下的多場耦合作用,分析低密度碳/酚醛復合材料的高溫熱力響應,對該材料結(jié)構(gòu)設(shè)計分析及評價具有重要意義。本文利用有限元方法分析熱傳導、氣體傳輸以及熱力變形耦合作用,同時考慮材料表面后退的影響,并開展材料單側(cè)石英燈加熱實驗進行相關(guān)分析研究。首先,基于低密度碳/酚醛復合材料傳熱及傳質(zhì)方程,利用有限元方法實現(xiàn)了材料在高溫條件下的溫度/壓力/位移多場耦合計算分析,通過典型算例驗證了計算方法的正確性,同時考慮了模型尺寸、網(wǎng)格疏密程度以及計算增量大小對計算結(jié)果的影響。其次,對低密度碳/酚醛復合材料進行石英燈單側(cè)加熱實驗。利用戈登計標定石英燈加熱熱流,利用熱電偶測溫系統(tǒng)采集距加熱面不同位置的溫度;對高溫加熱實驗后材料宏觀形貌及沿加熱方向的截面微觀結(jié)構(gòu)演化進行觀測,并且與氧乙炔加熱實驗結(jié)果進...

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 輕質(zhì)燒蝕熱防護材料發(fā)展
        1.2.2 樹脂基復合材料熱解及高溫力學性能
        1.2.3 樹脂基復合材料燒蝕實驗研究分析
        1.2.4 樹脂基復合材料多場耦合數(shù)值模擬
    1.3 本文的主要內(nèi)容
第二章 基于ABAQUS實現(xiàn)溫度/壓力/位移的多場耦合計算
    2.1 引言
    2.2 三維模型的熱傳導方程及氣體擴散方程理論
    2.3 碳化材料溫度/壓力的耦合分析
        2.3.1 材料熱解對熱傳導的影響
        2.3.2 氣體壓力變化對熱傳導的影響
    2.4 材料溫度/壓力場耦合模擬分析的驗證
    2.5 三維模型溫度/壓力/位移的耦合數(shù)值計算
    2.6 本章小結(jié)
第三章 高溫實驗分析及驗證
    3.1 引言
    3.2 實驗原理及過程
    3.3 實驗結(jié)果及分析
        3.3.1 試件形貌觀測及分析
        3.3.2 試件溫度場分析
    3.4 兩種加熱方式實驗結(jié)果對比分析
    3.5 試件在熱流邊界條件下的多場耦合分析
    3.6 材料熱導率反演計算
    3.7 本章小結(jié)
第四章 考慮材料表面后退的多場耦合計算分析
    4.1 引言
    4.2 ABAQUS中的ALE方法
    4.3 多場耦合計算分析及結(jié)果驗證
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝



本文編號：4045217