摘要防热复合材料在高温中会发生烧蚀反应，经过复杂的物理化学变化过程，产生质量损失，造成各个性能变化。为了分析烧蚀过程中材料各性能的变化规律，对相关的热反应过程进行建模是研究面临的重要问题。已经有不同复杂程度的分解模型来预测复合材料的热分解和质量损失过程。本文综合现有的复合材料烧蚀机理的研究文献，比较了几种不同的烧蚀模型，考察了传统模型的适用性和局限性，基于Comsol Multiphysics可以实现多物理场复杂因素耦合的优点，运用有限元法进行了建模分析。模型基于热传导方程，考虑了热分解气体和对流等因素的影响，输入材料的热分解动力学参数和热性能参数，计算解释了热烧蚀过程中的聚合物热分解、膨胀、材料热物理性能变化、热解气体的产生及流动等物理化学反应过程。87721

毕业论文关键词  复合材料；热烧蚀；热分解；有限元法

毕业设计说明书外文摘要

Title  Numerical Simulation Analysis on Heat Transfer Problems of  Ablative Polymer Composites Exposed to Laser Irradiation 

Abstract Heat-resistant composite material ablation occurs at a high temperature, resulting in loss of quality by physical and chemical changes,and also resulting in performance changes。 To analyze the changes of ablated polymer composites during thermal ablation  reaction,the study should to establish a mature model。 Different decomposition models of varying complexity were developed to  predict the mass loss and thermal decomposition process of the polymer composites。 This paper,comparing several different models,synthesizes existing research literature composites ablation mechanism of ablation,and investigates the applicability and limitations of the traditional model。 Based on that Comsol Multiphysics can achieve the advantages of multi-physics coupling of complex factors,we establish a model and analysis using the finite element method。 Model is based on a heat conduction equation,considering the effection of pyrolysis gas and convection and other factors。 Putting in material thermal decomposition kinetics parameters and thermal performance parameters,model calculates the thermal ablation process to explain the thermal decomposition of the polymer, expansion,thermal changes in physical properties,pyrolysis gas flow generation and other physical and chemical reaction process。 

Keywords  Composite materials；Thermal ablation；Thermal decomposition；Finite element method

目   次

1  绪论  1

1。1  研究背景  1

1。2  研究现状  1

2  烧蚀过程的热效应  3

3  数学模型  4From+优!尔.YouErw.com 加QQ75201`8766

3。1  能量传递  4

3。2  能量和质量  5

3。3  固体材料长度与存储气体计算  6

3。4  材料性能参数  7

3。5  初始条件和边界条件  8

3。6  控制方程求解  9

4  数值模拟  11

4。1  基于Comsol Multiphysics的数值仿真  11

4。2  软件仿真操作流程  12

4。3  参数确定  12

5  结果分析  16

结论  21

致谢  22

参考文献  23

附录A  符号对照表  25

1  绪论

1。1  研究背景 

先进的复合材料具备优越的物理、化学特性，基于其超越传统材料的种种优势，例如强度高、质轻、耐高温烧蚀、防热隔热、消声、高比模量等，在航空航天、国防军用[1]、汽车、化工、医学、建筑等各个领域得到了广泛的应用，目前也正在逐步取代一些传统材料而成为新型的热防护材料。这些材料通过自身的烧蚀产生质量损失，从内部带走大量的热量，从而防止外部热量对内部造成侵蚀，这是复合材料耐高温防热的机理。复合材料的强度也与温度相关，一旦温度超过转变温度，材料的抗压性和弹性模量会迅速下降。同时，随着高强度激光毁伤技术，航空航天技术等的发展，对激光防护材料、耐高温复合材料进行研究也非常必要，因此研究激光对复合材料的烧蚀过程原理和高温烧蚀特性意义重大。论文网