复合材料质量烧蚀率计算模型研究

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1、复合材料质量烧蚀率计算模型实验研究周燕萍，魏莉萍，郑会保，孟祥艳，刘运传（中国兵器工业集团第五三研究所，济南250031）摘要：本文通过对CF/S-157PF复合材料进行氧-乙炔烧蚀试验研究，得到了烧蚀试验中的重要表征参数即质量烧蚀率，并利用多元线性回归方法，拟合得到了该参数与两个主要影响因素即热流密度和烧蚀时间的数学模型，即。经检验，该回归模型适用性较好，预测精度较高，为复合材料该项烧蚀性能的评估建立了快速、有效、可靠的试验方法。关键词：氧-乙炔烧蚀；多元回归；热流密度；质量烧蚀率；数学模型中图分类号：TQ327文献标

2、识码：ExperimentalResearchofCalculateModelontheMassLossRateofCompositeZhouYanping,WeiLiping,ZhengHuibao,MengXiangyan,LiuYunchuan(CNGCInstitute53,Jinan250031,China)Abstract:Inthispaper,theimportantcharacteristicparameter,namelythemasslossrate,wasobtainedbytheresearch

3、onCF/S-157PFcompositeunderoxyacetyleneflametestconditions.Andusingmultiplelinearregression,themathematicmodelbetweenthemasslossrate,thetwomajorfactors,namelytheheatfluxdensityandablationtimeisasfollows:.Beingverified,theregressionmodelisveryapplicableandtheforeca

4、staccuracyismuchbetter.SotheerosionpropertiesofCF/S-157PFcompositecanbeevaluatedwiththisrapid,effectiveandaccuratemethodintheoxyacetyleneflametest.Keywords:oxyacetyleneflame;multipleregression;heatfluxdensity;masslossrate;mathematicmodel0引言碳纤维增强S-157酚醛树脂（CF/S-157

5、PF）复合材料以其高强度、耐高温、抗烧蚀、抗冲击等特点，被广泛用作结构材料和防热材料。针对此类树脂基烧蚀复合材料的性能评价，目前地面模拟的实验方法主要有氧-乙炔烧蚀、等离子体烧蚀、电弧风洞等，其中氧-乙炔烧蚀以装置简单、成本低、操作方便的特点，成为常用的模拟试验方法，用于材料配方的筛选和烧蚀性能的初评[1]。该试验中，热流密度和烧蚀时间均为影响材料烧蚀性能的主要因素，其变化直接影响烧蚀性能表征参数值的变化，所以建立质量烧蚀率与上述两个影响因素的数学模型对预测该类材料在不同热流密度和烧蚀时间条件下的性能变化具有重要意义。本

6、文以CF/S-157PF酚醛树脂防热复合材料为研究对象，建立了质量烧蚀率的计算模型，在一定范围内为材料烧蚀性能的评价建立了快速、有效、可靠的表征方法，同时对该类材料的发展具有一定指导意义。1.实验部分1.1实验仪器YS-Ⅳ型氧-乙炔烧蚀试验机：陕西电器研究所；电子天平：BS223S，赛多利斯。1.2试样制备⑴原材料碳纤维（CF）：T700，12k，日本东丽公司。S-157酚醛树脂：中国兵器工业集团第五三研究所。⑵制备方法将S-157酚醛树脂基体和增强材料碳纤维按相同的质量比制成预浸料，晾置一定时间，经鼓风烘箱预烘后于平板

7、硫化机上模压成型，制得尺寸Φ30mm×10mm的圆柱状复合材料烧蚀试样。1.3实验方法参照标准GJB323A-96。本烧蚀试验机火焰烧蚀角度为90º，火焰喷嘴直径为2mm。试样初始表面到火焰喷嘴距离设置为10mm。选取5个热流密度值和5个烧蚀时间，对CF/S-157PF复合材料试样进行同一烧蚀时间不同热流密度和同一热流密度不同烧蚀时间的实验。利用多元回归分析，拟合出质量烧蚀率与热流密度、烧蚀时间的数学关系式。2.结果与讨论称量CF/S-157PF复合材料试样烧蚀前后的质量，按照公式（1）的计算方法[2]，求得各试样的质量

8、烧蚀率，具体数据见表1。…………………………………………(1)式中：—试样质量烧蚀率，g/s；—试样原始质量，g；—试样烧蚀后质量，g；—烧蚀时间，s。表1CF/S-157PF复合材料的质量烧蚀率数据Table1DataofthemasslossrateontheCF/S-157PFcomposite试样编号热流密度