發(fā)布時間：2018-05-23 11:59

  本文選題：碳纖維復(fù)合材料 + 濕熱老化�。� 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：低速沖擊一般發(fā)生在10米/秒以下。自20世紀(jì)70年代初以來,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的低速沖擊相關(guān)研究一直被廣泛關(guān)注。低速沖擊在日常工作環(huán)境中較為常見,在航空領(lǐng)域,許多研究人員試圖設(shè)計出最適合自己重量的最佳結(jié)構(gòu)。當(dāng)在制造或維修過程中有相應(yīng)事故發(fā)生,材料結(jié)構(gòu)可能會損失高達(dá)50%的強(qiáng)度。由于目前航空航天技術(shù)的使用高度依賴于復(fù)合材料的使用,因此預(yù)測它們對此類事件的行為是至關(guān)重要的。在復(fù)合材料的服役過程中,其結(jié)構(gòu)將受到一系列環(huán)境條件的影響。這些材料必須面對的兩個最普遍的條件為溫度和濕度,更重要的是它們的組合效應(yīng)。針對該研究方案,本文對三種不同鋪層結(jié)構(gòu)的CFRP的低速沖擊性能進(jìn)行了研究,并比較了其在人工老化和低速沖擊條件下的力學(xué)性能。在航空航天工業(yè)中,通常使用三種常見的CFRP層結(jié)構(gòu)配置,它們是{0/90/45/-45/90/0},{0/-60/-45/60/60/0}和{0/45/90/-45/0}。本研究重點(diǎn)介紹了用T300碳纖維和tde-85基體制備得到的具有三種鋪層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。制備得到這些復(fù)合材料層合板后,將其切成所需的ASTM標(biāo)準(zhǔn)試樣并在水分飽和以及不同溫度和濕度的四種不同的組合環(huán)境下進(jìn)行濕熱老化試驗:組合分別為60°C/60%RH,60°C/90%RH,90°C/60%RH以及90°C/90%RH。基線試驗結(jié)果表明,對于低速度沖擊和沖擊后壓縮試驗,具有較高準(zhǔn)各向同性取向的方向的抗沖擊性能優(yōu)于交叉層結(jié)構(gòu)的方向。還可以確定,對于彎曲載荷,這些準(zhǔn)各向同性結(jié)構(gòu)更適合處理此類環(huán)境中的應(yīng)力。從濕熱測試中,每種鋪層方式下甚至在極端環(huán)境下試樣重量均有所上升。在較低的溫度和較低的濕度水平下,每個方向吸收的水分含量較低,隨著溫度和濕度的增加,樣品中水分吸收的量也增加了。通過測試,我們看到的0/-60/-45/90/60/60/0}鋪層具有最少的吸濕量,而{0/90/45/-45/90/0}鋪層具有最高的吸濕量。最后一鋪層結(jié)構(gòu)的吸濕量介于兩者之間。交叉層結(jié)構(gòu)的使用的增加會在一定程度降低復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸水。本研究得到的數(shù)據(jù)支持這一理論。低速度沖擊試驗結(jié)果表明,濕熱老化對低速沖擊性能有負(fù)面影響。本文研究數(shù)據(jù)表明,復(fù)合材料試樣遭受的溫度和濕度越高,影響阻力越小,無論試樣的鋪層結(jié)構(gòu)如何。然而,在使用的四種環(huán)境中,{0/-60/-45/60/60/0}鋪層結(jié)構(gòu)的試樣表現(xiàn)最好,對低速度沖擊產(chǎn)生了最大的阻力。低速沖擊還對撞擊面造成了凹痕傷害,并對層合板的后端造成損壞。然而,在極高的溫度條件老化后,低速沖擊使層合板試樣分層并加劇了表面裂紋的傳播。大部分的損傷發(fā)生在內(nèi)部,正如光學(xué)數(shù)字顯微鏡和SEM分析所證明的那樣。當(dāng)試樣進(jìn)行濕熱老化時,纖維與基體間界面的降解會導(dǎo)致機(jī)械性能的喪失,當(dāng)?shù)退贈_擊發(fā)生時,界面力學(xué)性能會被進(jìn)一步削弱。然而,具有高準(zhǔn)各向同性取向的試樣(例如{0/-60/-45/90/45/60/0})優(yōu)于有高交叉層疊鋪層的試樣(例如{0/90/45/-45/90/0}。利用拉伸和彎曲試驗來進(jìn)一步驗證層合板試樣的抗壓強(qiáng)度和低速沖擊阻力的損失。令人驚訝的是,方向{0/90/45/-45/90/0}顯示了最高的抗拉強(qiáng)度和最小的老化百分比損失,而方向{0/-60/-45/90/60/0}顯示的是最低的平均抗拉強(qiáng)度和最大的性能損失。然而,這種抗拉強(qiáng)度的損失是通過彎曲強(qiáng)度來抵消的,而彎曲強(qiáng)度則顯示出相反的趨勢。由于在低速沖擊時,壓應(yīng)力更占主導(dǎo)地位,彎曲強(qiáng)度在維持機(jī)械性能方面起著更大的作用,因此,0/-60/-45/90/60/0}鋪層結(jié)構(gòu)的層合板試樣具有最優(yōu)力學(xué)性能。試驗結(jié)果表明,拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均依賴于復(fù)合材料的厚度方向。在抗拉強(qiáng)度方面,在受力方向具有較高纖維含量的樣品具有較高的力學(xué)性能,但在抗彎曲強(qiáng)度方面,在受力方向外具有較高纖維含量的樣品具有較高的力學(xué)性能。最終,通過SEM分析,確定了層合板試樣的損傷機(jī)理。對于老化試樣,自從夾在開始,斷裂就持續(xù)產(chǎn)生直至試樣失效。試樣結(jié)構(gòu)顯示了纖維與基體界面失效的輕微跡象,其拉出的纖維短,基體碎片小且位于裂縫表面。然而,在高溫高濕度老化條件下的試樣顯示出明顯的纖維與基體間界面失效的跡象,拔出纖維較長,并存在空隙,纖維表面無基體碎片。將這些SEM觀察結(jié)果與力學(xué)性能的損失聯(lián)系起來,從而分析得到纖維與基體間界面在濕熱環(huán)境下力學(xué)性能損失的原因。
[Abstract]:The low - speed impact of composite structures has been extensively studied in the field of aviation industry . The results show that the tensile strength and bending strength are dependent on the thickness direction of the composite material .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB332

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李釗;周曉軍;楊辰龍;王建龍;徐建勇;鄭慧峰;;變厚度碳纖維復(fù)合材料孔隙率超聲衰減模型[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2014年07期

，

本文編號：1924636