本文關(guān)鍵詞：基于蒙特卡洛法分析纖維編織結(jié)構(gòu)對(duì)輻射特性的影響

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【摘要】：復(fù)合材料得益于其優(yōu)良的性能,在工業(yè)領(lǐng)域受到廣泛的應(yīng)用。由于碳纖維諸多的優(yōu)異性能,使其成為各種復(fù)合材料的原料,作為增強(qiáng)體,與不同基體復(fù)合,得到的碳纖維復(fù)合材料。在航天器的熱防護(hù)方面,碳纖維復(fù)合材料發(fā)揮著重大的作用。因此,研究碳纖維復(fù)合材料熱輻射特性,找出影響其熱輻射特性的因素,對(duì)于提高碳纖維材料的發(fā)射率,提高的航天器的熱防護(hù)性能有著重要的意義。碳纖維做復(fù)合材料的增強(qiáng)體時(shí),可以將單根碳纖維材料編織后與基體復(fù)合;還可以將幾百根或者上千根碳纖維組成碳纖維束,進(jìn)行編織或者排列,再與不同的基體復(fù)合。本文選擇碳纖維束作為研究對(duì)象,采用蒙特卡洛方法,使用Matlab軟件編寫(xiě)程序,研究纖維束作為增強(qiáng)體時(shí),其編織結(jié)構(gòu)對(duì)材料的熱輻射特性的影響。主要研究?jī)?nèi)容包括:在二維結(jié)構(gòu)下,研究編織結(jié)構(gòu),纖維束的直徑,纖維束間距和纖維束的體積比對(duì)材料熱輻射特性的影響。針對(duì)順序排列,錯(cuò)序排列,隨機(jī)排列三種結(jié)構(gòu),研究不同結(jié)構(gòu)對(duì)材料的光譜吸收率和反射率的影響;針對(duì)順序排列,研究纖維束直徑和纖維束的間距對(duì)材料的光譜吸收率和反射率的影響;針對(duì)隨機(jī)排列,研究纖維束所占體積比對(duì)材料的光譜吸收率和反射率的影響。建立了2.5D和3D絞擰編織結(jié)的數(shù)學(xué)模型。在使用蒙塔卡洛方法進(jìn)行計(jì)算時(shí),為了得到編織結(jié)構(gòu)中纖維束表面的數(shù)學(xué)描述,在真實(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上做了一些簡(jiǎn)化。認(rèn)為單根纖維束為圓柱體,纖維束按一定結(jié)構(gòu)編織時(shí),會(huì)發(fā)生彎曲變形,將彎曲后的纖維束的軸線方程近似的用余弦曲線來(lái)描述,得到編織結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)描述。針對(duì)三維亂序排列,研究纖維束體積比對(duì)材料的光譜吸收率和反射率影響;針對(duì)2.5D和3D絞擰編織兩種不同編織結(jié)構(gòu)時(shí),研究材料的光譜吸收率和反射率,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較;針對(duì)3D絞擰編織結(jié)構(gòu)的纖維布,研究纖維布的層數(shù)、纖維布層與層之間的位置關(guān)系對(duì)材料的光譜吸收率和反射率的影響;針對(duì)3D和2.5D絞擰編織結(jié)構(gòu),研究編織疏密程度對(duì)材料的光譜吸收率和反射率的影響。經(jīng)計(jì)算對(duì)比發(fā)現(xiàn),編織結(jié)構(gòu)、纖維束所占體積比、幾何尺寸、纖維布層數(shù)、層與層的位置關(guān)系、編織的疏密程度均會(huì)影響碳纖維材料的輻射特性參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：編織結(jié)構(gòu) 輻射特性 蒙特卡洛方法
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;TQ342.742
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 課題的研究背景和意義8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析9-13
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.3 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述的簡(jiǎn)析13
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容13-15
• 第2章 蒙特卡洛方法的求解方法和計(jì)算模型15-26
• 2.1 熱輻射計(jì)算的蒙特卡洛方法15-19
• 2.1.1 蒙特卡洛方法基本思想15-16
• 2.1.2 蒙特卡洛方法在熱輻射計(jì)算中的應(yīng)用16-19
• 2.2 計(jì)算的概率模型和隨機(jī)數(shù)的生成19-23
• 2.2.1 介質(zhì)內(nèi)輻射傳遞的概率模型19-22
• 2.2.2 隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生方法22-23
• 2.3 光束的數(shù)學(xué)模型23-25
• 2.3.1 光束的數(shù)學(xué)描述23-24
• 2.3.2 坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 二維結(jié)構(gòu)下碳纖維材料的輻射特性26-38
• 3.1 計(jì)算使用的數(shù)學(xué)模型26-27
• 3.1.1 纖維束表面的數(shù)學(xué)描述26-27
• 3.1.2 光線與纖維束表面的交點(diǎn)27
• 3.2 二維蒙特卡洛程序準(zhǔn)確性驗(yàn)證27-30
• 3.3 不同結(jié)構(gòu)的輻射特性計(jì)算30-37
• 3.3.1 纖維束結(jié)構(gòu)對(duì)材料輻射特性的影響30-32
• 3.3.2 纖維束半徑對(duì)材料輻射特性的影響32-33
• 3.3.3 纖維束的間距對(duì)材料輻射特性的影響33-35
• 3.3.4 纖維束的體積比對(duì)材料輻射特性的影響35-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第4章 三維結(jié)構(gòu)下碳纖維材料的輻射特性38-58
• 4.1 纖維束表面的數(shù)學(xué)描述38-44
• 4.1.1 三維亂序結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)描述38-40
• 4.1.2 三維編織結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)描述40-44
• 4.2 三維蒙特卡洛程序準(zhǔn)確性驗(yàn)證44-45
• 4.3 不同結(jié)構(gòu)的輻射特性計(jì)算45-56
• 4.3.1 纖維束的體積比對(duì)材料輻射特性的影響45-47
• 4.3.2 編織結(jié)構(gòu)對(duì)材料輻射特性的影響47-49
• 4.3.3 層數(shù)對(duì)材料輻射特性的影響49-51
• 4.3.4 層與層之間的位置關(guān)系對(duì)材料輻射特性的影響51-53
• 4.3.5 編織疏密程度對(duì)材料輻射特性的影響53-56
• 4.4 本章小結(jié)56-58
• 結(jié)論58-59
• 參考文獻(xiàn)59-64
• 致謝64

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