·计算材料学·
固化工艺参数对复合材料补片温度场的影响
庞杰
（中国民用航空飞行学院航空工程学院，广汉618307）
文摘基子热传导定律和固化动力学理论，建立了热固性树脂基复合材料固化过程的三维有限元模型通过与文献实验结果的比较，验证了该模型具有较高的可靠性。采用该模型计算了AS4/3501层合板挖补修理固化过程的温度场和固化度场，并分析了围化温度及升温速率对补片中心点温度场和固化度场的影响。结果表明：在固化反应的起始阶段，固化温度和升温速率对补片温度和固化度的影响很小；随着固化反应的进行，固化温度和升温速率对补片温度和固化度的影响越来越大；在第二次升温阶段初期，固化温度对补片中心点温度的影响又逐渐缩小；在每次保温阶段末期，补片温度和固化度不再受升温速率的影响。
关键词复合材料，固化温度，升温速率，挖补修理，数值模拟
中图分类号：TB332
D0I:10.3969/j.issn.10072330.2016.02.002
Effectof CuringProcessParametersonTemperatureField ofCompositePatch
PANGJie
(Aviation Engineering Institute, Civil Aviation Flight University of China,Guanghan618307)
AbstractBased on the thermal conduct law and curing kinetics theory, a three-dimensional finite element model of thermosetting resin matrix composite was developed during the curing process, the reliability of the developed model is verified by comparing with the experimental results in literature. Based on the model, temperature and curing degree fields of the scarf repaired AS4/3501 composite laminate were calculated during the curing process, effect of curing temperature and heating rate on temperature and curing degree fields of the patch is analyzed. The results indi-cate that the effect is very small during the initial stage of curing reaction; the effect increase with the curing time; however, the effect decrease with curing time during the initial stage of the second heating stage; the temperature and curing degree of composite patch do not change with heating rate during the final stage of constant temperature period.
Key wordsComposite,Curing temperature,Heating rate,Scarf repair,Numerical simulation
0引言
随着机体结构中复合材料用量的激增，关于复合材料结构的挖补修理越来越受到重视。在挖补修理固化过程中，由于固化工艺的改变，以及材料内部复杂的物理化学变化，在挖补修理补片中将产生复杂的温度场和固化度场，这种不均匀的温度场和固化度场是引起挖补修理残余应力和初始缺陷的根本原因1)。因此，建立复合材料层合板挖补修理固化过程的温度和固化度分布模型，分析固化工艺参数对补
收稿日期：2015-10-14
片内温度和固化度分布规律的影响，对于减小固化残余应力和保证挖补修理质量具有重要意义。
近30年来，国内外学者开展了一系列关于复合材料固化过程的数值模拟研究。T.A.Bogetti等[2]基于固化热化学反应的耦合关系，采用二维有限差分法分析了边界条件、固化温度和厚度对固化过程的影响；郭章新等人[3】采用三维有限元法模拟计算了纤维缠绕复合材料固化过程中残余应力的变化规律；元振毅等[4]采用二维多场耦合模型研究了纤维体积分
基金项目：国家自然科学基金民航联合基金（U1233202）；学院面上项目（XM1307）
作者简介：庞杰，1984年出生，硕士，主要从事复合材料结构优化设计研究。E-mail:nuaa_pj@163.com
宇航材料工艺万方数据
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2016年第2期
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