VARI成型V型构件固化变形和影响因素分析

复合材料在成型过程中会伴随着复杂的热化学和物理变化,此现象会导致复合材料内部的残余应力积累并进一步使复合材料在脱模后产生固化变形。采用顺序耦合热应力的方法建立了预测复合材料固化变形的三维有限元模型,对真空辅助成型(VARI)的复合材料V型构件的固化变形进行了数值模拟和试验验证,并进一步分析了固化温度、对流换热系数、构件厚度等因素对复合材料V型构件的影响。模拟结果表明,复合材料V型构件的回弹角会随着固化温度和对流换热系数的升高而增大,随着构件的厚度增加而减小。固化温度从150℃升高至190℃,回弹角增加了72%;对流换热系数从1 W/(m2 K)升高至100 W/(m2 K),回弹角增加了15%;构件厚度从2.4 mm增加至4.8 mm,回弹角减小了43%。     

升温速率对复合材料修补片固化过程热应力的影响

采用有限元法数值模拟了3234/T300B热固性树脂基复合材料修补片的热补仪加热固化过程,分析了工程应用范围内不同升温速率下的复合材料修补片固化历程中的温度、热应力分布和变化特征,并研究了升温速率对补片在不同时间点的残余热应力值的影响规律。研究结果表明:升温阶段热应力主要集中在补片表面中心区域及其与母板接触的区域,降温阶段复合材料修补片内部热应力高于表面热应力;升温速率越快,固化越迅速,在升温阶段修补片内部热应力及峰值热应力越大;在保温和降温阶段,修补片内热应力分布和大小不受升温速率的影响;对于较低升温速率,热应力最大值出现在升温结束时刻;对于较高的升温速率,热应力最大值出现在接近升温末期的时刻。研究结果为合理选择升温速率从而减小升温阶段的内部热应力并控制补片分层等缺陷提供了参数依据。     

定形相变材料(SSPCM)墙板温度响应分析

基于传热学、相变储能理论以及ANSYS软件建立墙板数学模型,对墙板外侧施加周期性简谐波温度荷载,模拟分析定形相变材料SSPCM及其他热物性材料墙板内侧的温度响应,并比较了不同厚度、潜热以及内、外表面对流换热系数对SSPCM墙板内侧温度响应的影响.结果表明:在温度荷载作用,且内、外空气对流换热系数分别为5W/(m2·℃)和19 W/(m2·℃)条件下,SSPCM墙板存在一段约15.2 h相变维持时间,延迟时间约为0.52 h,衰减倍数约为2.19,综合性能指标较好,可使室内环境具有更好的舒适性;增加板厚,相变维持时间增幅减缓、延迟时间增长、衰减倍数加大,板厚达20 mm左右时,材料性能的综合利用率最高;提高材料潜热,相变维持时间增长、衰减倍数加大,但延迟时间几乎不变,潜热为75 kJ/kg时,能比较充分地利用材料性能;提高内表面对流换热系数,相变维持时间和延迟时间均缩短、衰减倍数增大,有利于潜热存储;外表面对流换热系数对温度的综合影响很小,可不予考虑.     

热边界条件对复合材料层合板固化过程的影响

为了降低热固性树脂基复合材料在热补仪加热固化过程中的峰值温度以及优化其温度场分布,提出了在复合材料层合板上表面分别采用定温、对流换热边界条件和在层合板上表面放置铝制模具三种基于热边界条件的优化方法。通过有限元方法计算了上述三种情况下层合板的温度场和固化度场,并和已有方法做了对比。计算结果表明:相较于已有方法,采用以上优化方法均可以降低层合板的峰值温度并改善其温度场分布;层合板上表面定温时,其峰值温度降低最多;上表面对流换热时,峰值温度降低最少;上表面放置铝制模具时,铝的增强导热性能可以使层合板在平行于模具平面内的温度梯度较为均匀。     

Fe-C合金凝固组织元胞自动机-有限单元法三维模拟

使用有限元商业软件CALCOSOFT3D中的元胞自动机模型,对Fe-C合金凝固过程微观组织进行了模拟.形核模型采用基于高斯分布的连续性形核模型,两种形核分布函数分别处理型壁和熔体内部的形核:枝晶尖端生长速度与局部过冷度的关系采用KGT模型.计算了不同浇注温度、对流换热系数及溶液内部形核过冷度对凝固组织的影响.随着浇注温度从1778K升到1823K,晶粒密度由1.993×10~7m~(-2)减小到1.983×10~7m~(-2),晶粒平均半径从183μm增大到196.3μm;当对流换热系数由500W/(m~2·K)增加到5000W/(m~2·K),晶粒密度由2.114×10~7m~(-2)减小到1.983×10~7m~(-2),晶粒平均半径从161.2μm增大到196.3μm;随着最大形核过冷度的增大,晶粒平均半径增大,当过冷度为8,平均晶粒半径达到233.8μm.     

Fe-C合金凝固组织元胞自动机一有限单元法三维模拟

使用有限元商业软件CALCOSOFT3D中的元胞自动机模型,对Fe-C合金凝固过程微观组织进行了模拟.形核模型采用基于高斯分布的连续性形核模型,两种形核分布函数分别处理型壁和熔体内部的形核;枝晶尖端生长速度与局部过冷度的关系采用KGT模型.计算了不同浇注温度、对流换热系数及溶液内部形核过冷度对凝固组织的影响.随着浇注温度从1778 K升到1823 K,晶粒密度由1.993×107m-2减小到1.983×107m-2,晶粒平均半径从183μm增大到196.3 μm;当对流换热系数由500 W/(m2·K)增加到5000 W/(m2·K),晶粒密度由2.114×107m-2减小到1.983×107m-2,晶粒平均半径从161.2 μm增大到196.3 μm;随着最大形核过冷度的增大,晶粒平均半径增大,当过冷度为8,平均晶粒半径达到233.8 μm.     

圆块孔式再生器传热特性研究

为设计适合开式系统的圆块孔式石墨降膜再生器,开展了该型再生器传热特性研究。以氯化钙溶液为再生对象,实验研究溶液质量分数和流量等参数对再生器液膜对流换热系数的影响。研究表明：低雷诺数时,液膜对流换热系数在200—1 500 W/(m²·K)之间,对流换热系数随溶液流量提高逐渐降低,基于实验结果拟合液膜对流换热系数量纲一关联式,并建立再生器一维半经验模型,与实验结果比对,蒸发量偏差不超过±5%,再生器出口溶液质量分数偏差不超过±0.3%。     

活性焦颗粒在移动床中的传热特性

为研究活性焦颗粒在移动床中的传热特性,以管壳式换热器为换热装置进行传热实验。空气经加热后与活性焦颗粒在换热器的壳程与管程中呈逆流流动,采用控制变量法,改变热空气流速u_s、开始卸料时热空气出口设定温度T_(air)以及活性焦颗粒卸料速度v_p等因素,测定不同实验工况下换热器的传热温差ΔT_m、传热负荷Q及总传热系数K,并观察其变化规律。结果表明,u_s对ΔT_m有很大影响,随着u_s增大,Q和K逐渐增大,在T_(air)=40℃,u_s=16 m/s,v_p=150 kg/h时,K高达9.32 W/(m~2·K),且K与u_s的幂次方n=0.64相关;随着T_(air)的升高,ΔT_m无明显变化,Q与K逐渐降低,T_(air)达到70~80℃后,K几乎无变化;随着v_p增大,ΔT_m增长非常缓慢,Q和K呈线性增长,K大于7.5 W/(m~2·K),v_p每上升50 kg/h,K增加0.9 W/(m~2·K)。     

高孔密度下泡沫铜的填充率对石蜡融化传热机理的影响

基于石蜡和高孔密度的泡沫铜制备了复合相变蓄热材料,设计并搭建了一套可视化蓄热实验装置,分析了高孔密度下泡沫铜填充率对石蜡相变过程的强化传热机理,得到了复合相变蓄热材料的综合传热系数。实验结果表明,当泡沫铜填充率为0、0.43%、1.29%和2.15%时,复合相变材料的综合传热系数先减小后增大,分别为1.26W/(m·K)、1.18W/(m·K)、1.44W/(m·K)和1.88W/(m·K),因此随着泡沫铜填充率的增加,复合相变材料的融化时间先增长后缩短。此外,随着泡沫铜填充率从0.43%增至2.15%,复合相变材料融化时传热机制中导热占比从17.26%上升到86.01%,自然对流占比从82.74%下降到13.99%。     

LED封装用环氧树脂/金刚石导热胶的研制

以双酚A环氧树脂为基体树脂,添加平均粒径为10μm的金刚石作为导热粒子,制备了高导热低膨胀导热胶。此环氧树脂/金刚石导热胶体系完全固化的最佳条件为125℃/1 h+150℃/1 h。当金刚石添加量为40%时,所制备的导热胶导热系数达0.85 W/(m·K),热膨胀系数为33.15×10-6/℃,已能完全满足LED封装用导热胶的技术要求;当金刚石添加量达到50%时,导热胶的导热系数达1.07 W/(m·K),热膨胀系数为16.65×10-6/℃,且体系流动性好,固化物有较高的强度和韧性。     

水冷壁式粉煤气化炉炉衬应力场数值模拟研究

针对水冷壁式粉煤气化炉在使用过程中由热应力引起的耐火材料和渣层损毁现象,建立了水冷壁的局部热应力模型,运用ANSYS有限元分析软件对水冷壁式粉煤气化炉使用过程的应力场进行了数值模拟研究。结果表明:1)水冷壁式气化炉的最大应力出现在锚固钉与耐火材料的界面以及耐火材料与渣层的界面,渣层最大应力的位置在渣层表面。2)渣层厚度的增加可显著降低锚固钉与耐火材料界面处的热应力,但是会导致渣层与耐火材料层间的热应力增大。3)当热导率为2～6 W·m~(-1)·K~(-1)时,随着热导率增加,会导致热应力迅速升高;而当热导率为6～10 W·m~(-1)·K~(-1)时,热应力基本稳定。4)降温速率越快,炉衬各点的温度和热应力下降得越快。     

不同降温速率条件下复合材料修补片固化温度场和热应力分析

通过采用有限元分析方法,构建了复合材料修补片热固化过程的数学模型和物理模型,数值模拟了树脂基复合材料修补片相同挖补修理方式不同降温速率下的固化温度场和热应力场,并分析了降温速率对修补片固化温度和固化残余热应力的影响。仿真计算结果表明:降温速率越快,修补片内的温度梯度越大,固化残余热应力越大。从中获取了一些减小固化残余热应力优化复合材料固化成型工艺的有帮助的结果。     

层合板在固化全过程中瞬态温度场及固化度的有限元分析

本文根据固化动力学理论和热传导理论，采用有限元与有限差分相结合的方法，对复合材料层合板在固化工艺过程中板内温度和固化度的分布及其变化规律进行数值模拟；在分析过程中考虑了温度和固化度的耦合作用，并采用Ｅｕｌｅｒ－Ｃａｕｃｈ逐步迭代的方法进行解耦求解；通过算例，分析和讨论了层合板的温度边界条件，板厚度以及升温速率对层合板内温度和固化度分布的影响。     

导向管喷动床床层与埋管表面的换热特性研究

以石英砂作为循环颗粒,研究了颗粒与换热管束壁面的换热特性.在导向管喷动床环隙内,砂子以移动床的形式向下移动.为测定移动床层与埋管表面的换热系数,自制了组合热探头,并用调压器调节组合热探头的功率,使其稳定在不同温度下工作.分别考察了不同电压、不同吹松气量和不同床层轴向位置等对换热系数的影响.通过电压递增与递减的验证性实验,考察了两种方式对实验结果的影响.通过实验可知,换热系数随颗粒循环量的增加而增加.实验在常温常压下进行,喷动床材质为有机玻璃,移动床层与埋管换热壁面的平均换热系数在300 W/(m2·K-1)～400W/(m2·K-1)之间.     

保温对地热单井换热性能的影响分析

建立了单井地热传热数学模型,模拟了单井地热流动换热过程,比较分析了不同保温材料及保温深度对采出水温度和取热功率的影响。结果表明：保温材料热导率和保温深度对系统取热功率有很大影响。当保温材料热导率为0.03 W/( m·K)和0.5 W/( m·K)时,平均取热功率分别 为732.08 kW和640.98 kW;采用热导率为0.03 W/( m·K)的保温材料,保温深度1000 m时流体进出口温差为10.33 K,保温深度为2000 m时流体进出口温差为15.98 K,保温深度为3000 m 时流体进出口温差为17.93 K。实际工程中,可以采用各种材料组合安装的形式对采出井进行保温,保温重点为井深较小处,这样既能保证采出水温,又能节约成本。     

R290在小管径水平微肋管内凝结换热实验研究

实验研究水平微肋管内R290的两相流凝结换热特性,在内径为4.3 mm,长度为900 mm的铜管内,测得R290在质流密度180—300 kg/(m~2·s)、饱和温度40—55℃、热流密度3—10 kW/m~2以及干度0.9—0.1范围内的凝结换热系数;分析了质流密度、饱和温度、热流密度以及干度对R290凝结换热性能的影响。结果发现:凝结换热系数随质流密度、热流密度的增大而增加,随饱和温度的升高而减小;随着R290的凝结液化,干度减小,其凝结换热系数也随之减小,仅在热流密度过大时出现先增后减现象。并分别采用4种经典的凝结换热关联式预测R290的凝结换热系数,对比实验结果得出Chang等和Yu等的预测精度比较高。     

PDMS/SCF导热复合材料制备工艺对导热性能的影响

采用SCFNA法(即空间限域强制组装法),制备碳纤维质量分数为30%的PDMS/SCF复合材料,并探究了在制备PDMS/SCF导热复合材料过程中,基体与填料混合工艺以及压印过程中的温度对复合材料制品导热性能的影响。研究结果表明,在复合材料制品厚度不变的前提下,当混合转速为2 000 r/min时,随着混合时间由10 min缩短至2 min,复合材料制品的热导率由10.314 W/(m·K)提高至11.188 W/(m·K),提高了8.474%。当混合时间为3 min时,随着混合转速从2 500 r/min降低至1 500 r/min,复合材料制品的热导率由10.140 W/(m·K)提高至10.963 W/(m·K),提高了8.116%。对比不同压印温度对复合材料制品热导率的影响发现,当压印温度在120℃附近时,复合材料制品的导热性能最佳,热导率为11.188 W/(m·K)。控制混合转速、混合时间和压印温度这3个工艺条件能够有效地提高复合材料制品的导热性能。     

基于ANSYS的管道外自然对流换热系数的确定

管道在进行传质的过程中,需要计算温度梯度引起的热应力,以及管道温度场分布情况,但在管道外壁温度未知的情况下,仅通过自然对流换热经验关联式无法确定空气对流换热系数。基于传热学的理论,采用ANSYS软件进行结构热分析,提出一种精确确定管道外自然对流换热系数的方法。通过案例分析,把计算结果与实验结果相比较,确定了该方法的可行性。     

瓦克推出电动汽车用有机硅导热材料

正7月4日,在2018年上海新能源汽车及充换电技术大会(EVTech Shanghai 2018)上,瓦克新推出多款电动汽车用有机硅导热产品。SEMICOSIL~ Paste 30 TC与SEMICOSIL~Paste40 TC均为单组分、非固化、低应力硅脂,热导率分别为3.0 W/(m·K)和4.0 W/(m·K)。产品拥有特殊的流变性能,可形成均匀的薄层,能够轻松补偿元器件表面的误差,只需一层超薄胶层     

基于材料物性参数时变特性的复合材料层合板固化残余应变应力数值模拟

热固性树脂基复合材料层合板成型过程形成的残余应力是影响材料质量的重要因素。针对复合材料固化过程建立了基于复合材料物性参数时变特性的复合材料固化过程的三维多场耦合计算模型。该模型包含经典的热-化学模型、树脂固化动力学模型、残余应力模型;在此基础上将材料物性参数时变特性引入多场耦合计算模型中,模型计算结果通过与文献中实验结果比较,验证所建立的固化模型的可靠性;在此基础上,对AS4/3501-6复合材料层合板的固化残余应变应力进行数值模拟,研究了固化过程中残余应变/应力的变化规律,分析工艺参数对应力应变的影响。通过与光纤光栅应变试验比较,验证其正确性。研究结果表明:模型可以很好地仿真复合材料固化过程;温度、树脂体积分数、铺层角度对层合板应力/应变都有较为显著的影响,为正相关关系,其中树脂的体积分数影响最为显著。