超厚壁变曲率复合材料扩张段固化过程力-热耦合分析

摘要

复合材料扩张段是固体发动机喷管的关键部件,为抵抗高温、高压、烧蚀、高速燃气和力学载荷的综合作用,其结构为超厚壁变曲率的复杂混合复合材料结构。由于扩张段的低导热性、超厚壁特征和固化工艺的不合理,成型过程容易出现剧烈的过热峰。为减小固化变形,提高扩张段成型质量,必须抑制固化过热,提高固化均匀性。本文首先采用高压差示扫描量热仪表征2 MPa压力下高硅氧玻璃纤维/酚醛和碳纤维/酚醛预浸料的动力学。然后考虑成型过程多场耦合特点及成型模具和固化工艺的影响,构建固化过程耦合模型,分析扩张段固化过热和非均匀固化现象。最后,提出在剧烈固化前插入降温段的方法优化固化工艺,抑制固化过热。结果表明,优化工艺可以有效抑制扩张段过热现象,优化后最大过热峰由54.2℃下降为23.5℃,最大固化度差值由0.6下降为0.34,下降幅度分别为56.64%和43.33%。