BMC(Bulk Molding Compound) 模压产品具有成本低、表观质量好、生产率高、耐腐蚀、绝缘性好、尺寸精度与稳定性高等优点，已广泛应用于工业电器、汽车零部件及家用电器等领域。美国与欧洲BMC及SMC模压产品占全部聚合物基复合材料制品的约10%，并是发展最快的成型工艺之一。高效低耗生产质量稳定BMC产品的关键是优化模压成型工艺。而我国目前模压成型工艺制度是靠“试凑式”摸索试验和经验制定，不仅耗资费时周期长，而且科学性差，很难达到模压工艺优化。
本文在BMC固化反应机理基础上，根据传热学和聚合物固化反应动力学理论，建立BMC模压固化过程非稳态温度场数值模型，运用先进的TMDSC试验测定固化反应动力学参数，利用有限元方法与ANSYS软件成功解决了温度－固化度耦合问题，通过计算机数值模拟得到BMC模压成型固化过程非稳态温度场、固化度动态变化规律，与BMC模压及热电偶试验实测结果基本吻合。并进一步分析了温度制度、升温速率和纤维含量对温度场的影响，得到了几点比较有益的结论。在非稳态温度场分析的基础上，根据聚合物基复合材料复合原理，对BMC模压过程宏观热应力的产生和变化进行了深入分析，认为温度场和固化度不均匀分布是主要原因，并应用ANSYS软件对BMC模压过程中热应力动态变化进行了数值模拟。
本文通过数值模拟方法得到了BMC模压过程中非稳态温度场、固化度和热应力动态变化规律，为优化模压工艺制度提供了理论依据。

关键词　BMC；数值模拟；模压工艺；非稳态温度场；热应力

摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
目录 Ⅲ

第1章　绪 论 1
1.1　课题背景 1
1.2　BMC的固化成型过程工艺技术的研究 2
1.2.1　BMC成型工艺 2
1.2.2　BMC固化过程特点 3
1.2.3　BMC固化工艺优化 4
1.3　复合材料温度场和热应力分析进展 5
1.4　研究内容 6
1.5　研究意义 7
第2章　BMC固化过程非稳态温度场数学模型 8
2.1　传热学基本理论 8
2.1.1　Fourier定律 8
2.1.2　热传导基本微分方程 8
2.1.3　三类基本边界条件 9
2.2　树脂基体的固化反应 11
2.3　树脂基体固化反应动力学 13
2.3.1　UP树脂固化反应机理动力学模型 14
2.3.2　UP树脂固化反应经验动力学模型 14
2.3.3　BMC树脂体系的固化动力学模型 15
2.4　BMC固化体系内的放热和传热 16
2.5　BMC模塑料的物性参数 17
2.6　非稳态温度场计算数学模型的建立 18
2.6.1　BMC固化过程热传导偏微分方程 18
2.6.2　初始条件 19
2.6.3　边界条件 19
2.6.4　建立非稳态温度场计算数学模型 20
2.7　本章小结 21
第3章　测定固化反应动力学参数 22
3.1　概述 22
3.2　TMDSC原理 23
3.3　确定UP树脂固化动力学模型参数 25
3.3.1　固化反应热与固化度 25
3.3.2　固化动力学模型参数的确定方法 27
3.4　实验部分 27
3.4.1　原材料 27
3.4.2　实验仪器 28
3.4.3　试验条件及试验参数的选择 28
3.4.4　实验步骤 29
3.4.5　实验数据 30
3.5　动力学参数的确定 30
3.5.1　固化反应热和系数 30
3.5.2　动力学参数 31
3.6　本章小结 33
第4章　BMC模压过程温度场计算和验证 34
4.1　有限元方法的概论 34
4.2　非稳态温度场的有限元分析 35
4.2.1　非稳态温度场的变分计算 35
4.2.2　有限元近似算法 36
4.2.3　时间上的有限差分计算 37
4.2.4 固化过程中固化度与温度的耦合问题 38
4.3　使用ANSYS计算非稳态温度场 39
4.3.1　ANSYS软件介绍 39
4.3.2　模型建立与“热－固化”耦合处理 40
4.3.3　非稳态温度场计算参数的确定 41
4.3.4　非稳态温度场计算结果 42
4.4　热电偶的设计与制作 44
4.4.1　热电偶的工作原理 44
4.4.2　热电偶的组装 45
4.4.3 热电偶的标定 46
4.5　用热电偶测定非稳态温度场 47
4.5.1 原材料 47
4.5.2　实验仪器与设备 47
4.5.3　实验步骤 47
4.5.4　实验结果 48
4.6　结果分析 49
4.6.1　数值模拟结果的评价 49
4.6.2　非稳态温度场分析 49
4.6.3　模压温度对BMC固化过程的影响 50
4.6.4　第二次升温速率对BMC固化过程的影响 53
4.6.5　BMC模塑料物性参数对其固化过程的影响 55
4.7　本章小结 57
第5章　BMC模压过程热应力场数值模拟 58
5.1　BMC模压过程热应力场分析 58
5.1.1　热应力的产生 58
5.1.2　BMC模压过程中的热应力分析 60
5.2　热应力问题的数值解法 60
5.3　材料常数的确定 61
5.3.1　固化过程中材料弹性常数的确定 61
5.3.2　热膨胀系数 64
5.4　数值模拟 65
5.5　结果与讨论 65
5.6　本章小结 68
结　 论 69
参考文献 71
攻读硕士学位期间所发表的学术论文 75
致 谢 76

1 何宇声. 复合材料在材料科学技术中的作用和地位. 玻璃钢/复合材料. 2001, (1):37～41
2 黄家康. 聚酯模塑料生产与成型技术. 化学工业出版社. 2002:334~339
3 董永祺, 熊学斌. SMC、BMC用于制造汽车的沿革与灿烂前景. 纤维复合材料. 2002, (3):32～33
4 贺克强, 王朋年, 黄日明. BMC用于微电机模压塑封研制. 武汉工业大学学报. 2000, (5):19～22
5 G. S. Springer, J. Keynote, R. Address. The Role of Models in Manufacturing Thermosetting and International. VI, Atlanta, GA. 1998, (88):1~5
6 Chao-Ming Lin, Cheng-I Weng. Simulation of Compression Molding for Sheet Molding Compound Considering the Anisotropic Effect. Polymer Composites. 1999:98~113