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基于COMSOL的碳纤维通氧腐蚀仿真分析

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【作者】 孙启武刘宏月

【Author】 Sun Qiwu;Liu Hongyue;School of Mechanical Engineering and Automation, Shanghai University;

【通讯作者】 刘宏月;

【机构】 上海大学机电工程与自动化学院

【摘要】 研究了高温通氧环境对碳纤维腐蚀的影响。通过联立Navier-Stoke (NS)方程和Partial differential equation (PDE)方程弱解形式来构建氧气流动扩散模型,引入气固反应建立基于通氧情况下的碳纤维复合材料中碳纤维的腐蚀模型,借助COMSOL软件多物理场耦合分析的优势对通氧环境下碳纤维消耗进行数值仿真模型的建立及分析并设计替代实验对碳物质高温通氧工况下的腐蚀情况进行验证。得到了碳纤维腐蚀的二维及三维模型,并提取出氧气的流场分布、以42%为截止时碳纤维体积的变化情况以及氧气浓度对反应速率的影响等相关数据结果。仿真结果表明,随时间增加,碳纤维体积逐渐缩小,腐蚀速度先增加然后逐渐趋于稳定,腐蚀程度逐渐加深,随通入氧气浓度增加,腐蚀速度逐渐增加,腐蚀时间与通氧浓度线性相关。较好地实现了对碳纤维复合材料中碳纤维消耗过程的分析研究,对后期碳纤维及碳纤维复合材料的腐蚀研究具有较强的适用性。

【关键词】 碳纤维腐蚀有限元
【基金】 国家自然科学基金(No.51308108);中国博士后科学基金特别资助(No.2014T70457);中国博士后科学基金(No.2013M540407);江苏省博士后科研资助计划(No.1301026B);航空科学基金(No.20090869009)资助项目
【所属期刊栏目】 应用与实践 (2019年11期)
  • 【DOI】10.19500/j.cnki.0367-6358.20180603
  • 【分类号】TQ342.742
  • 【下载频次】97
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