發(fā)布時間：2019-03-17 10:28

【摘要】：纖維增強復(fù)合材料因其具有較高的比強度、比剛度而越來越多地應(yīng)用在航空航天,汽車等其他領(lǐng)域。但其基本構(gòu)造形式大多為層合結(jié)構(gòu),鋪層過程中存在缺少增強纖維等問題。當(dāng)層合板承受外部載荷時容易發(fā)生層間開裂,從而降低結(jié)構(gòu)的整體剛度和強度,甚至損壞層合板,使其應(yīng)用受到限制。因此通過自修復(fù)的方法對裂紋及損傷的部位進(jìn)行修復(fù),進(jìn)而延長材料的使用壽命至關(guān)重要。將外徑為Φ0.9mm的中空玻璃管橫置在碳纖維環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料層合板的內(nèi)部,選用環(huán)氧樹脂為修復(fù)劑,固化成型之后切割成三點彎曲標(biāo)準(zhǔn)試件。對部分試件進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓痕實驗,之后通過熱激勵使帶修復(fù)劑的試件進(jìn)行自修復(fù),修復(fù)后將全部試件進(jìn)行三點彎曲實驗。分析計算實驗結(jié)果,可知①中空玻璃管在層合板中采用橫置的放置方式不會降低層合板本身的力學(xué)性能;②準(zhǔn)靜態(tài)壓痕實驗,損傷程度隨加載載荷的增大而增大。當(dāng)準(zhǔn)靜態(tài)壓痕實驗加載載荷為1700N時,試件的抗彎曲性能最大降低37%;③層合板中的中空玻璃管經(jīng)準(zhǔn)靜態(tài)壓痕實驗的破壞,管中的修復(fù)劑能夠快速流到層合板的受損部位,修復(fù)裂紋,粘合裂紋,起到修復(fù)的目的。受損試件的彎曲強度最大能恢復(fù)到原始強度的109%。參照復(fù)合材料層合板中"z-pin"的放置方式,將外徑為Φ0.9mm的中空玻璃管沿厚度方向植入到鋪設(shè)好的預(yù)浸料中,選用ENB為修復(fù)劑,構(gòu)建自修復(fù)系統(tǒng)。預(yù)浸料層合板固化成型之后加工成雙懸臂梁試件和三點彎曲試件。通過壓力破壞實驗、三點彎曲實驗以及雙懸臂梁實驗的對比分析,可知①在壓力破壞實驗中,8KN的壓力使試件的抗彎曲性能最大降低11.91%;②ENB和Grubbs催化劑組成的修復(fù)系統(tǒng)能夠修復(fù)層合板中的任一層裂紋,粘合裂紋,使受損試件的彎曲強度恢復(fù)到原強度的96.63%;③雙懸臂梁實驗中,縱置的中空玻璃管能起到對層合板增韌的作用,且增韌效果隨中空玻璃管分布密度的增大而增強,最大斷裂載荷值增大33.26%。選用環(huán)氧樹脂為修復(fù)劑,參照復(fù)合材料層合板中"z-pin"的放置方式,采用上述實驗方法和實驗過程,進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓痕實驗和三點彎曲實驗。分析計算實驗結(jié)果,可知①中空玻璃管在層合板中采用縱置的放置方式能夠提高層合板的抗彎曲性能,在同一工況下試件的抗彎曲性能被提高了 32.24%;②在準(zhǔn)靜態(tài)壓痕實驗中,損傷程度隨加載載荷的增大而增大。當(dāng)準(zhǔn)靜態(tài)壓痕實驗加載載荷為5KN時,三種類型試件的抗彎曲性能最大降低57.83%;③層合板中環(huán)氧樹脂修復(fù)系統(tǒng)能夠修復(fù)層合板中的任一層裂紋,粘合裂紋,其修復(fù)效率隨中空玻璃管分布密度的增大而增加,受損試件的彎曲強度最大能恢復(fù)到原始強度的66.85%。
[Abstract]:Fiber reinforced composites are more and more used in aerospace, automobile and other fields because of their high specific strength and specific stiffness. However, most of its basic structural forms are laminate structure, and there are some problems in the process of lamination, such as the lack of reinforced fiber and so on. When the laminate is subjected to external load, the interlaminar cracking occurs easily, so as to reduce the overall stiffness and strength of the structure, and even damage the laminated plate, so that its application is limited. Therefore, it is very important to repair the crack and damage site by self-repairing method, so as to prolong the service life of the material. The hollow glass tube with the outer diameter 桅 0.9mm was placed in the interior of the carbon fiber epoxy resin matrix composite laminate. The epoxy resin was selected as the repairing agent. After curing, the standard specimen was cut into three-point bending. Some specimens were subjected to quasi-static indentation test, then self-repair was carried out by thermal excitation, and three-point bending test was carried out on all specimens after repair. The experimental results show that (1) the transverse placement of hollow glass tubes in laminates will not reduce the mechanical properties of the laminate itself; (2) in quasi-static indentation experiment, the damage degree will increase with the increase of loading load. When the load of quasi-static indentation experiment is 1 700 N, the bending resistance of the specimen decreases by 37%. The hollow glass pipe in the laminate is destroyed by quasi-static indentation experiment. The repairing agent in the pipe can quickly flow to the damaged part of the laminate, repair the crack, glue the crack, and play the purpose of repairing. The maximum flexural strength of the damaged specimen can be recovered to 109% of the original strength. Referring to the placement mode of "z-pin" in composite laminate, the hollow glass pipe with the outer diameter 桅 0.9mm was implanted into the prepreg material along the thickness direction, and ENB was used as the repairing agent to construct the self-repairing system. After the prepreg laminate is solidified, it is machined into double cantilever beam and three-point bending specimen. Through the comparative analysis of pressure failure test, three-point bending test and double cantilever beam experiment, it is known that 1 in the pressure failure experiment, the bending resistance of the specimen is reduced by 11.91% maximum by the pressure of 8KN; The repair system composed of 2ENB and Grubbs catalysts can repair any layer crack in the laminate, and the bending strength of the damaged specimen can be restored to 96.63% of the original strength. 3 in the experiment of double cantilever beam, the vertical hollow glass tube can toughen the laminate, and the toughening effect increases with the increase of the distribution density of the hollow glass tube, and the maximum fracture load value increases by 33.26%. The quasi-static indentation experiment and three-point bending experiment were carried out by using epoxy resin as repairing agent and referring to the placement mode of "z-pin" in composite laminate, using the above-mentioned experimental methods and experimental process to carry out the quasi-static indentation experiment and three-point bending experiment. The experimental results show that 1the vertical placement of hollow glass tube in laminates can improve the bending resistance of laminated plates, and the bending resistance of specimens is increased by 32.24% under the same working condition; 2 in quasi-static indentation experiment, the damage degree increases with the increase of loading load. When the load of quasi-static indentation experiment is 5KN, the bending resistance of the three types of specimens decreases by 57.83%. The epoxy resin repair system in the laminate can repair any layer crack in the laminate, and the repair efficiency increases with the increase of the distribution density of the hollow glass tube, and the repair efficiency increases with the increase of the distribution density of the hollow glass tube. The maximum flexural strength of the damaged specimen can be recovered to 66.85% of the original strength.
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB332

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本文編號：2442204