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bmc模压过程非稳态温度场与热应力数值模拟,bmc模压过程非稳态温度场与热应力数值模拟①页数79②字数33611③ 摘要本文提出了一种系统的方法对bmc的固化过程中的非稳态温度场和固化度进行了数值模拟，并对固化过程中的热应力进行了分析。首先分析了bmc固化过程的不稳定导热，建立了导热微分方程。通过对不饱和聚酯树脂的固化机理的研究，建立了固化动力学模型，并通过tm...
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BMC模压过程非稳态温度场与热应力数值模拟
①页数 79
②字数 33611
③ 摘要
本文提出了一种系统的方法对BMC的固化过程中的非稳态温度场和固化度进行了数值模拟，并对固化过程中的热应力进行了分析。首先分析了BMC固化过程的不稳定导热，建立了导热微分方程。通过对不饱和聚酯树脂的固化机理的研究，建立了固化动力学模型，并通过TMDSC实验测定了固化动力学模型中的参数，由此确定内热源强度，建立了BMC固化过程非稳态温度场的数值模型。采用有限元和有限差分相结合的方法，解决了固化度和温度的耦合问题，并用有限元分析软件ANSYS对BMC固化过程中坯料内部的温度分布和固化度分布进行了数值模拟，进一步分析了BMC模压温度制度和制品厚度对非稳态温度场和固化度分布的影响。
④目录
第1章 绪 论 1
1.1 课题背景 1
1.2 BMC的固化成型过程工艺技术的研究 2
1.2.1 BMC成型工艺 2
1.2.2 BMC固化过程特点 3
1.2.3 BMC固化工艺优化 4
1.3 复合材料温度场和热应力分析进展 5
1.4 研究内容 6
1.5 研究意义 7
第2章 BMC固化过程非稳态温度场数学模型 8
2.1 传热学基本理论 8
2.1.1 Fourier定律 8
2.1.2 热传导基本微分方程 8
2.1.3 三类基本边界条件 9
2.2 树脂基体的固化反应 11
2.3 树脂基体固化反应动力学 13
2.3.1 UP树脂固化反应机理动力学模型 14
2.3.2 UP树脂固化反应经验动力学模型 14
2.3.3 BMC树脂体系的固化动力学模型 15
2.4 BMC固化体系内的放热和传热 16
2.5 BMC模塑料的物性参数 17
2.6 非稳态温度场计算数学模型的建立 18
2.6.1 BMC固化过程热传导偏微分方程 18
2.6.2 初始条件 19
2.6.3 边界条件 19
2.6.4 建立非稳态温度场计算数学模型 20
2.7 本章小结 21
第3章 测定固化反应动力学参数 22
3.1 概述 22
3.2 TMDSC原理 23
3.3 确定UP树脂固化动力学模型参数 25
3.3.1 固化反应热与固化度 25
3.3.2 固化动力学模型参数的确定方法 27
3.4 实验部分 27
3.4.1 原材料 27
3.4.2 实验仪器 28
3.4.3 试验条件及试验参数的选择 28
3.4.4 实验步骤 29
3.4.5 实验数据 30
3.5 动力学参数的确定 30
3.5.1 固化反应热和系数 30
3.5.2 动力学参数 31
3.6 本章小结 33
第4章 BMC模压过程温度场计算和验证 34
4.1 有限元方法的概论 34
4.2 非稳态温度场的有限元分析 35
4.2.1 非稳态温度场的变分计算 35
4.2.2 有限元近似算法 36
4.2.3 时间上的有限差分计算 37
4.2.4 固化过程中固化度与温度的耦合问题 38
4.3 使用ANSYS计算非稳态温度场 39
4.3.1 ANSYS软件介绍 39
4.3.2 模型建立与“热－固化”耦合处理 40
4.3.3 非稳态温度场计算参数的确定 41
4.3.4 非稳态温度场计算结果 42
4.4 热电偶的设计与制作 44
4.4.1 热电偶的工作原理 44
4.4.2 热电偶的组装 45
4.4.3 热电偶的标定 46
4.5 用热电偶测定非稳态温度场 47
4.5.1 原材料 47
4.5.2 实验仪器与设备 47
4.5.3 实验步骤 47
4.5.4 实验结果 48
4.6 结果分析 49
4.6.1 数值模拟结果的评价 49
4.6.2 非稳态温度场分析 49
4.6.3 模压温度对BMC固化过程的影响 50
4.6.4 第二次升温速率对BMC固化过程的影响 53
4.6.5 BMC模塑料物性参数对其固化过程的影响 55
4.7 本章小结 57
第5章 BMC模压过程热应力场数值模拟 58
5.1 BMC模压过程热应力场分析 58
5.1.1 热应力的产生 58
5.1.2 BMC模压过程中的热应力分析 60
5.2 热应力问题的数值解法 60
5.3 材料常数的确定 61
5.3.1 固化过程中材料弹性常数的确定 61
5.3.2 热膨胀系数 64
5.4 数值模拟 65
5.5 结果与讨论 65
5.6 本章小结 68
结 论 69
参考文献 71
攻读硕士学位期间所发表的学术论文 75
致 谢 76
⑤关键字 BMC模压、非稳态温度场、热应力数值模拟
⑥参考文献
1 何宇声. 复合材料在材料科学技术中的作用和地位. 玻璃钢/复合材料.
2 黄家康. 聚酯模塑料生产与成型技术. 化学工业出版社.
3 董永祺, 熊学斌. SMC、BMC用于制造汽车的沿革与灿烂前景. 纤维复合材料.
4 贺克强, 王朋年, 黄日明. BMC用于微电机模压塑封研制. 武汉工业大学学报.
5 G. S. Springer, J. Keynote, R. Address. The Role of Models in Manufacturing Thermosetting and International. VI, Atlanta, GA.
6 Chao-Ming Lin, Cheng-I Weng. Simulation of Compression Molding for Sheet Molding Compound Considering the Anisotropic Effect. Polymer Composites.
7 R. R. Hill, T. J. Wang, L. James. Simulation of SMC Compression Molding-Filling, Curing, and Volume Changes. 47th Annual Conference, Composites Institute, the Society of the Plastics Industry, Inc. February 3-6， Session 13-B/1~Session 13-B/9
①页数 79
②字数 33611
③ 摘要
本文提出了一种系统的方法对BMC的固化过程中的非稳态温度场和固化度进行了数值模拟，并对固化过程中的热应力进行了分析。首先分析了BMC固化过程的不稳定导热，建立了导热微分方程。通过对不饱和聚酯树脂的固化机理的研究，建立了固化动力学模型，并通过TMDSC实验测定了固化动力学模型中的参数，由此确定内热源强度，建立了BMC固化过程非稳态温度场的数值模型。采用有限元和有限差分相结合的方法，解决了固化度和温度的耦合问题，并用有限元分析软件ANSYS对BMC固化过程中坯料内部的温度分布和固化度分布进行了数值模拟，进一步分析了BMC模压温度制度和制品厚度对非稳态温度场和固化度分布的影响。
④目录
第1章 绪 论 1
1.1 课题背景 1
1.2 BMC的固化成型过程工艺技术的研究 2
1.2.1 BMC成型工艺 2
1.2.2 BMC固化过程特点 3
1.2.3 BMC固化工艺优化 4
1.3 复合材料温度场和热应力分析进展 5
1.4 研究内容 6
1.5 研究意义 7
第2章 BMC固化过程非稳态温度场数学模型 8
2.1 传热学基本理论 8
2.1.1 Fourier定律 8
2.1.2 热传导基本微分方程 8
2.1.3 三类基本边界条件 9
2.2 树脂基体的固化反应 11
2.3 树脂基体固化反应动力学 13
2.3.1 UP树脂固化反应机理动力学模型 14
2.3.2 UP树脂固化反应经验动力学模型 14
2.3.3 BMC树脂体系的固化动力学模型 15
2.4 BMC固化体系内的放热和传热 16
2.5 BMC模塑料的物性参数 17
2.6 非稳态温度场计算数学模型的建立 18
2.6.1 BMC固化过程热传导偏微分方程 18
2.6.2 初始条件 19
2.6.3 边界条件 19
2.6.4 建立非稳态温度场计算数学模型 20
2.7 本章小结 21
第3章 测定固化反应动力学参数 22
3.1 概述 22
3.2 TMDSC原理 23
3.3 确定UP树脂固化动力学模型参数 25
3.3.1 固化反应热与固化度 25
3.3.2 固化动力学模型参数的确定方法 27
3.4 实验部分 27
3.4.1 原材料 27
3.4.2 实验仪器 28
3.4.3 试验条件及试验参数的选择 28
3.4.4 实验步骤 29
3.4.5 实验数据 30
3.5 动力学参数的确定 30
3.5.1 固化反应热和系数 30
3.5.2 动力学参数 31
3.6 本章小结 33
第4章 BMC模压过程温度场计算和验证 34
4.1 有限元方法的概论 34
4.2 非稳态温度场的有限元分析 35
4.2.1 非稳态温度场的变分计算 35
4.2.2 有限元近似算法 36
4.2.3 时间上的有限差分计算 37
4.2.4 固化过程中固化度与温度的耦合问题 38
4.3 使用ANSYS计算非稳态温度场 39
4.3.1 ANSYS软件介绍 39
4.3.2 模型建立与“热－固化”耦合处理 40
4.3.3 非稳态温度场计算参数的确定 41
4.3.4 非稳态温度场计算结果 42
4.4 热电偶的设计与制作 44
4.4.1 热电偶的工作原理 44
4.4.2 热电偶的组装 45
4.4.3 热电偶的标定 46
4.5 用热电偶测定非稳态温度场 47
4.5.1 原材料 47
4.5.2 实验仪器与设备 47
4.5.3 实验步骤 47
4.5.4 实验结果 48
4.6 结果分析 49
4.6.1 数值模拟结果的评价 49
4.6.2 非稳态温度场分析 49
4.6.3 模压温度对BMC固化过程的影响 50
4.6.4 第二次升温速率对BMC固化过程的影响 53
4.6.5 BMC模塑料物性参数对其固化过程的影响 55
4.7 本章小结 57
第5章 BMC模压过程热应力场数值模拟 58
5.1 BMC模压过程热应力场分析 58
5.1.1 热应力的产生 58
5.1.2 BMC模压过程中的热应力分析 60
5.2 热应力问题的数值解法 60
5.3 材料常数的确定 61
5.3.1 固化过程中材料弹性常数的确定 61
5.3.2 热膨胀系数 64
5.4 数值模拟 65
5.5 结果与讨论 65
5.6 本章小结 68
结 论 69
参考文献 71
攻读硕士学位期间所发表的学术论文 75
致 谢 76
⑤关键字 BMC模压、非稳态温度场、热应力数值模拟
⑥参考文献
1 何宇声. 复合材料在材料科学技术中的作用和地位. 玻璃钢/复合材料.
2 黄家康. 聚酯模塑料生产与成型技术. 化学工业出版社.
3 董永祺, 熊学斌. SMC、BMC用于制造汽车的沿革与灿烂前景. 纤维复合材料.
4 贺克强, 王朋年, 黄日明. BMC用于微电机模压塑封研制. 武汉工业大学学报.
5 G. S. Springer, J. Keynote, R. Address. The Role of Models in Manufacturing Thermosetting and International. VI, Atlanta, GA.
6 Chao-Ming Lin, Cheng-I Weng. Simulation of Compression Molding for Sheet Molding Compound Considering the Anisotropic Effect. Polymer Composites.
7 R. R. Hill, T. J. Wang, L. James. Simulation of SMC Compression Molding-Filling, Curing, and Volume Changes. 47th Annual Conference, Composites Institute, the Society of the Plastics Industry, Inc. February 3-6， Session 13-B/1~Session 13-B/9
