环氧树脂灌封结构固化行为数值模拟和工艺优化

依据实验测试获得E51环氧树脂的固化动力学和力学性能参数,针对特定尺寸的E51树脂灌封结构,将数值模拟与实验方法相结合,优化树脂的常温固化工艺为“二阶段”中高温固化工艺。首先采用数值模拟方法,分别比较第一段保温平台和第二段保温平台不同温度幅值和固化时间对结构内部的温度、固化度和应变的影响,优选固化工艺参数;然后基于光纤布拉格光栅(FBG)监测技术,对优选和原始固化工艺曲线的结构内部的固化温度和应变进行实时在线监测,结果表明了数值模拟的可行性,显示了通过数值仿真优选固化工艺曲线的可靠性;最后实验测试比较优选工艺和原始工艺曲线下制造的E51树脂浇注体性能,结果显示优选工艺制造的树脂浇注体的拉伸强度、压缩屈服强度、弯曲强度和冲击强度相比原始工艺制作的试样分别提高了3.9%、1.5%、14.5%和16.2%。      

考虑界面应变传递机制的内埋FBGs环氧树脂固化过程模拟

采用实验与数值分析相结合的手段对光纤布拉格光栅传感器(Fiber Bragg grating sensor,FBGs)与基体间应变传递机制这一固化监测的基础问题进行了探索。首先,对树脂的固化动力学、热膨胀、化学收缩和玻璃化转变等物化变化进行了表征,然后,借助热电偶和FBGs开展了环氧树脂固化过程的温度和应变监测实验,最后,基于固化过程热-化-力多场耦合数值分析方法开展了固化过程模拟。通过对比纯树脂模型、界面采用绑定约束的含FBGs模型和界面采用内聚力行为的含FBSs模型分析结果,对界面传递机制进行了探讨。结果表明：固化前期界面处存在的剪滞效应和界面滑移行为导致FBGs监测应变相较树脂本体应变明显偏小,其中剪滞效应占主导作用。采用内聚力行为可以较好地描述固化过程界面应变传递机制,数值预测结果与实验值误差较小。     

电子封装用环氧树脂固化温度与应变的三维有限元模拟

环氧树脂因具有许多优异的性能而被广泛用作电子封装材料,然而环氧树脂在固化过程中产生的内应力会对封装产品的性能产生严重影响。针对一种用于电子封装的环氧树脂,通过实验分析了其固化动力学、密度、导热系数、玻璃化转变温度、弹性模量、化学收缩应变和热应变等性能参数,建立了固化过程中的数学模型。通过ABAQUS建立三维有限元模型,采用顺序耦合分析方式,分步进行传热分析和应力应变分析,模拟环氧树脂固化过程中的温度场、固化度场和应力应变场。最后采用光纤布拉格光栅（FBG）监测环氧树脂在固化过程中内部的温度和应变变化,并与模拟进行对比,结果表明本文所建立的有限元模型具有较高的可靠性。      

热固性复合材料固化过程三维有限元模拟和变形预测

分析了复合材料热固化过程中各种复杂的物理化学变化之间的相互影响,在此基础上建立了复合材料固化过程数值模拟和固化变形预测的三维有限元分析模型。采用整体-子模块方法将固化过程分为热-化学、流动-压实和应力-变形三个相对独立的子模块。热-化学模块的控制方程基于Fourier 热传导方程和树脂固化动力学方程建立,解决了温度和固化度之间的强耦合问题。流动-压实模块的控制方程基于Darcy定律和有效应力原理建立,反映了树脂流动和纤维网络紧密压实之间的流固耦合关系。应力-变形模块建立了考虑热载荷和固化收缩载荷时复合材料层合板的有限元方程。各模块之间的相互作用通过它们之间的数据交换来实现,以树脂在固化过程中的凝胶点和玻璃化转化点为判断依据确定是否运行各模块及其子程序。典型结构的计算结果与实验对比验证了本文三维有限元模型的有效性。     

基于FBG在线监测的环氧树脂封装材料的固化过程EI北大核心CSCD

使用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)传感器实时在线监测电子封装用液态环氧树脂固化过程中的温度和应变,以及在同一模具内相同水平高度、不同位置处(FBG传感器所测)的温度和应变随固化时间的演变,研究了环氧树脂用量对树脂固化过程中温度和应变演变的影响。结果表明:在环氧树脂固化过程中模腔内同一水平高度、不同位置处的应变-时间曲线和温度-时间曲线有很好的一致性,说明在环氧树脂的固化过程中温度和应变响应与水平位置无关;同时,在FBG传感器埋入位置固定的前提下,树脂固化过程中的温度最大值和树脂完全固化后的最终残余应变都随着环氧树脂用量的增加而增大。     

体积收缩率对光固化树脂基复合材料收缩应力的数值模拟

依据SiC晶须增强树脂基复合材料的光固化实验结果，运用材料的温度应力原理，利用降温等效体积应变与光固化体积收缩率关系的假设，建立了有限元模型。研究并分析了树脂基体中组分配比、光固化层厚和晶须增强体对成型件收缩应力的影响。结果表明：树脂基体中组分配比和晶须增强体对收缩应力的影响很大，而光固化层厚对收缩应力的影响较小。     

复合材料残余应力和固化变形数值模拟及本构模型评价

为了评价不同固化本构模型,建立了预测复合材料构件残余应力/应变和固化变形的三维数值模型。该模型由热化学分析模块和热力分析模块构成,考虑了热化学耦合、材料性能的各向异性、化学收缩及黏弹性等因素。基于线弹性、黏弹性和Path-dependent三种典型的本构模型,预测了构件的残余应力/应变及固化变形。通过与试验结果对比,验证了所建数值模型的有效性,并重点研究了不同本构模型的适用性。结果表明,黏弹性本构模型最佳,对构件的残余应力/应变及固化变形的预测结果均较好; Path-dependent本构模型次之,对构件的残余应变和固化变形的预测结果较好,但对构件的残余应力的预测结果稍差;线弹性本构模型最差,除了对构件的残余应变和较薄构件的固化变形的预测结果较好外,其他预测结果都较差。     

热固性树脂基复合材料固化变形和残余应力数值模拟研究综述

固化变形和残余应力给复合材料的应用带来威胁,准确的预测固化变形和残余应力可以为复合材料的结构和工艺设计提供调整依据,减小固化变形和残余应力。数值模拟方法因其简单、预测精度高而被广泛采用。本文主要介绍了复合材料固化变形和残余应力数值模拟流程中包含的热传导-固化模块、流动压实模块和应力变形模块。重点详述了应力变形模块中本构方程和模型-构件之间相互作用力研究的最新发展,为固化变形和残余应力预测提供方向和参考。简要讨论当前复合材料固化变形和残余应力预测的主要发展方向。     

基于自动网格法的硅橡胶温度相关的拉伸力学行为

基于自动网格法应变测试技术,在准静态加载条件下对硅橡胶的单向拉伸应力应变行为的温度相关性进行了测试,加载环境温度分别为-50℃,-20℃,20℃和50℃。实验结果表明,采用光学测量技术可以准确地获得试件应变场信息;硅橡胶在中等变形范围内的拉伸力学行为呈现明显的非线性弹性特征,且力学性能具有温度相关性,其模量和定伸长下的应力均随着测试温度的升高而降低。基于体积不可压缩假设,采用修正的超弹性本构模型较好地表征了硅橡胶温度相关的拉伸力学行为。     

碳纤维复丝的拉伸性能

根据GB/T 3362-2005选用环氧树脂E44和E51两种常用固化体系,测试了不同规格碳纤维的拉伸性能。结果表明:在胶液种类、胶液浓度、固化温度、固化张力、含胶量、加载速率和应变限等制样和拉伸测试条件一定的前提下,拉伸性能的测试数据仍然在一定范围内波动,分析其原因认为是碳纤维复杂的制备工艺导致其产品性能存在波动;当固化时间不小于30min树脂完全固化时,固化体系种类与固化时间对碳纤维拉伸性能测试结果的影响较小;两种树脂固化体系得到的拉伸性能数据具有一定的可比性;碳纤维属于脆性材料,用测得的拉伸强度与模量依据虎克定律推算得到断裂伸长率的方法合理可行。