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碳纤维隔热瓦力学性能的有限元模拟
【机构】 北京航空航天大学航空科学与工程学院；
【摘要】 在航天航空飞行器的热防护系统中,热防护材料一方面需要满足轻质的特点并具有一定的承载能力,另一方面还需要具有良好的隔热效果,是目前高速飞行器面临的关键挑战。近年来,碳纤维隔热瓦(以下简称为"碳瓦")在热防护体系中得到了大量的应用,越来越多的学者开展了其力学性能以及热物理性能的研究。碳瓦材料由短切碳纤维在酚醛溶液中沉降形成纤维网状结构,高温下酚醛裂解为热解碳形成碳瓦。基于碳瓦的SEM观测,本文建立了能够表征纤维随机搭接结构的纤维网络数值模型,对比碳瓦压缩实验验证了数值仿真的有效性;并讨论了纤维长度、取向角等几何参数,以及搭接材料强度对碳瓦力学性能影响。结果表明:适当增加纤维长度有利于提高碳瓦力学性能,尤其是其面内方向;适当地增加纤维取向角能提高碳瓦面外方向的力学性能;搭接材料强度的变化,影响材料内部变形机制的转变。同时,搭接材料存在临界强度,超出临界强度后材料内部变形模式基本不发生改变。
【关键词】 碳纤维隔热瓦；
随机纤维网状结构；
有限元仿真；
材料结构参数与力学性能；
【基金】 国家自然科学基金项目(Nos.11672013,11672014 and 11472025)
- 【会议录名称】 2018年全国固体力学学术会议摘要集（上）
- 【会议名称】2018年全国固体力学学术会议
- 【会议时间】2018-11-23
- 【会议地点】中国黑龙江哈尔滨
- 【分类号】V244.1;V445.1;V254
- 【主办单位】中国力学学会固体力学专业委员会、国家自然科学基金委员会数理科学部