碳／碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟

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ＬｉｕＮａ，ＹａｎｇＱｉｎｇｓｈｅｎｇ，ＨｕａｎｇＹｉｆｅｎｇ
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩＶＩｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
（１．北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京１００１２４；２．国机集团北京飞机强度研究所，北京１０００８３）
摘要：通过建立碳／碳（ｃ／ｃ）复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型，利用有限元方法分析了ｃ／ｃ复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上，模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上，采用ＡＬＥ方法，并基于实验结果通过Ｆｏｒｔｒａｎ编程控制材料表面烧蚀后退运动，建立了ｃ／ｃ复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型，并进行瞬态有限元分析。结果表明：材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关；并且随着材料烧蚀程度的不
第９卷
第２期
中国科技论文
ＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＰＡＰＥＲ
ＶｏＩ．９Ｎｏ．２
Ｆｅｂ．２０１４பைடு நூலகம்
２０１４年２月
碳／碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟
刘娜，杨庆生，黄秫丰
ｏｆｔｈｅｃ／ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅａｂｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｄｉａｔｉｏｎｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓ．Ｔｈｅａｂｌａｔｉｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｃ／
Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｒｅｓｅｎｔｓａｔｙｐｉｃａｌｎｅｅｄｌｅｓｈａｐｅｉｎｔｈｅｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａ１ｓｃａｌｅ．Ｉｎｔｈｅｍａｃｒｏｓｃａｌｅ，ａｍｕｌｔｉｓｃａｌｅｔｈｅｒｍｏ — ｍｅｃｈａｎｉｃａｌＣＯＵ
同，材料的表面应力也相应变化。关键词：ｃ／ｃ复合材料；表面烧蚀；粗糙度；多尺度；有限元法；计算机模拟中图分类号：ＴＢ３３２文献标志码：Ａ文章编号：２０９５ —２７８３（２０１４）０２ —０２２４— ０６
Ｍｕｌｔｉｓｃａｌｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｓｕｒｆａｃｅａｂｌａｔｉｏｎｉｎｃａｒｂｏｎ／ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＡｉｒｃｒａＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｃｒｏｓｃａｌｅａｎｄｍｉｃｒｏｓｃａｌｅａｂｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｏｆｃａｒｂｏｎ／ｃａｒｂｏｎ（ｃ／Ｃ）ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ
ｐｌｉｎｇｍｏｄｅｌｇｏｖｅｒｎｅｄｂｙｓｕｒｆａｃｅｅｒｏｓｉｏｎｌａｗｗａｓｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｔｈｒｏｕｇｈＡＬＥｍｅｔｈｏｄａｎｄｅｍｂｅｄｄｅｄｉｎ
ｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｖｏｌｕｍｅ１ＯＳＳ，ｔｈｅｅｖｏｌｖｅｍｅｎｔｒｕｌｅｏｆｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄｔｈｅａｂｌａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｖａｒｉａｔｉｏｎ