郑伟峰博士答辩公告

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郑伟峰博士答辩公告

发布时间:2018-05-30浏览次数:316作者:来源:机电学院供图:审核:

答辩博士：郑伟峰

指导教师：周来水

论文题目：氧化铝增强混杂纤维复合材料传动轴微波固化技术基础研究

答辩委员会：

主席：汤文成教授/博导东南大学

委员：李东波教授/博导南京理工大学

朱如鹏教授/博导南京航空航天大学

王小平教授/博导南京航空航天大学

安鲁陵教授/博导南京航空航天大学

秘书：卫炜副教授/硕导南京航空航天大学

时间：2018年06月03日8:30

地点：南航明故宫校区15#-341

学位论文简介：

复合材料传动轴具有高功重比、减振抗振、高疲劳寿命等优点。直升机采用复合材料传动轴代替金属轴已成为发展趋势。但传统热固化制造复合材料传动轴会产生热梯度、残余应力和残余变形等问题。本文提出了将微波固化技术、颗粒增强技术和纤维混杂技术同时应用于直升机复合材料传动轴的成型，对颗粒氧化铝增强混杂纤维复合材料传动轴微波固化技术基础进行研究。

主要创新点如下：

（1）建立了Al2O3增强环氧树脂体系的微波固化动力学模型。Al2O3的含量会影响环氧树脂固化反应的活化能和反应常数，而利用这两个参数可以通过Avrami法预测树脂固化反应过程。通过DSC、DMA等方法确定了活化能和反应常数与Al2O3含量的定量关系，为有限元分析模拟不同Al2O3含量的环氧树脂微波固化反应过程提供依据。

（2）揭示了添加Al2O3颗粒对树脂基体强度的增强机理。通过SEM观察不同氧化铝含量环氧树脂基体的断面发现，不含Al2O3颗粒的树脂断面比较规整光滑，而添加Al2O3颗粒后的树脂断面出现较多的阶梯状条纹。其原因是Al2O3颗粒的弹性模量远大于E51/DDS体系，故当其分散在基体之中，树脂断裂时Al2O3颗粒阻碍断裂运动而消耗更多的能量，从而提高树脂的强度。但当Al2O3颗粒添加过多时，会使树脂孔隙率增大，反而降低树脂的强度。

（3）提出了双重旋转微波均匀加热技术。微波在谐振腔中以驻波的形式存在，引起腔内微波场能分布不均，从而会造成物料加热不均。建立假设的驻波场理论模型，通过理论分析对比物料在静态、单重旋转以及双重旋转（即自转+公转）三种不同加热方式，结合微波加热水试验，验证双重旋转加热方式微波加热的效果最均匀。从运动学的角度，分析双重旋转时微波场能强点在物料上辐射加热过的轨迹，对自转和公转的转速提出了具体的要求，从而保证物料能够均匀微波加热，为复合材料传动轴微波固化成型均匀性的提高提供技术支持。

（4）提出了低功率预热、高功率固化的微波固化方法。通过有限元模拟分析得出，低功率微波加热时，树脂温度场/固化度场分布更均匀，但树脂固化反应较慢，甚至不固化；高功率微波加热时，树脂固化反应充分，但固化过程中树脂温度场/固化度场分布均匀性较差。因此，将两者优点进行互补，先采用低功率对复合材料体系预热，在预热的基础上，再采用高功率加热让树脂体系充分固化，从而既优化了树脂固化过程中的温度场/固化度场，又使树脂体系能够完全固化。通过试验证明，该方法有效可行，为复合材料传动轴微波固化成型提供工艺方法指导。

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