纤维增强复合材料渗流过程的研究模拟

沈诗怡 [1], 王波 [1],
[1] 上海大学
Published in 2018

连续纤维增强金属基复合材料(Continuous Fiber Reinforcement Metal Matrix Composites)因其优异的性能而在汽车领域航空航天领域、兵器武装领域及电子及光学领域备受关注。但是,目前其制备工艺的不成熟,使得产品存在较多的空隙缺陷,对材料性能造成不良的影响,而压力浸渗制备的FRM相对致密、缺陷少而具有广阔的发展前景。本文以FRM的压力浸渗制备工艺为研究对象,利用Comsol Multiphysics软件进行二维数值模拟计算,分别研究了流体动力粘度、入口压力以及纤维排布方式等对渗流过程的影响,并判断出孔隙高频出现的区域,对改善FRM的性能具有重要意义。同时研究了双尺度与单尺度情况下,不同纤维排列方式的渗流行为与气孔形成机理。研究结果表明:在纤维理想排布的状况下,材料中仅存有少数气隙,能制得更优的产品;过大的压力入口或过低的金属液动力粘度会造成渗流过程不完全,在纤维束内留下更多的孔隙,过低的入口压力会使渗流的进程过于缓慢,使基体与增强体之间较差的润湿性问题不能得到解决,基体与增强体之间发生不良反应;在纤维随机排布的情况下,纤维排布过于紧密的位置,或者部分纤维黏结的位置,会阻滞流体的流动,更易产生空隙,对渗流过程造成不良的影响。

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