【摘要】：纖維纏繞制備工藝是一種高效制備碳纖維復(fù)合材料回轉(zhuǎn)體的復(fù)合材料成型工藝,目前常用于制備碳纖維復(fù)合材料壓力容器、碳纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)和復(fù)合材料管道等制品。對(duì)于厚壁纏繞復(fù)合材料纖維纏繞張力是主要影響纏繞后制品力學(xué)性能的因素,給纖維施加纏繞張力,會(huì)讓成型后復(fù)合材料中存在環(huán)向預(yù)應(yīng)力,從而提高復(fù)合材料的剛度和抗變形能力。本文研究了纖維纏繞張力對(duì)厚壁碳纖維復(fù)合材料性能的影響。由于纏繞過程中,后纏繞的纖維中存在的纖維張力會(huì)對(duì)內(nèi)層部分產(chǎn)生徑向壓力,使得先纏繞在芯模上的纖維中的張力產(chǎn)生松弛,需要使用逐層遞減的纏繞張力梯度進(jìn)行纏繞,使得各層纖維在纏繞后達(dá)到均勻的剩余張力,復(fù)合材料承載能力達(dá)到最佳狀態(tài)。利用Abaqus有限元分析軟件構(gòu)建試驗(yàn)纏繞工裝的有限元模型,使用基于溫度參數(shù)法的逐層耦合模擬方法對(duì)纏繞過程進(jìn)行有限元模擬,發(fā)現(xiàn)按照公式計(jì)算設(shè)計(jì)的纏繞張力梯度對(duì)于纏繞層較厚的厚壁復(fù)合材料難以很好地實(shí)現(xiàn)各層等剩余張力分布。采用復(fù)合材料屬性定義纏繞層,模擬分層固化工藝,可以有效降低剩余纏繞張力梯度,最內(nèi)層剩余張力與最外層剩余張力比值從1.59倍下降到1.37倍。對(duì)大張力纏繞工藝中使用的樹脂體系進(jìn)行研究,通過測(cè)試不同的樹脂體系凝膠時(shí)間、固化度、動(dòng)態(tài)接觸角、界面強(qiáng)度,及樹脂澆鑄體和復(fù)合材料單向板的拉伸性能,優(yōu)選出在常溫及中低溫條件下可以發(fā)生固化反應(yīng),且使用期適合的改性芳香胺固化劑和環(huán)氧樹脂體系。按照有限元模擬的纏繞張力梯度制備厚壁復(fù)合材料,在實(shí)際纏繞過程中在纏繞芯模之間加裝拉壓力傳感器,用于測(cè)試實(shí)際纏繞在芯模上的纖維纏繞張力及剩余纏繞張力,與有限元模擬結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)測(cè)試值略小于模擬值,但總體基本吻合。對(duì)使用纏繞張力制度制備的厚壁復(fù)合材料和無(wú)纏繞張力制備的復(fù)合材料進(jìn)行拉伸性能測(cè)試,測(cè)試了復(fù)合材料材料軸向橫截面上不同半徑位置的徑向和環(huán)向應(yīng)變值,在保證兩種試樣含膠量基本一致的條件下,對(duì)比兩種材料結(jié)構(gòu)的變形情況,確認(rèn)了在纏繞張力制度下,復(fù)合材料的剛度和抗變形能力有所提高。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文結(jié)果顯示，鋪層方式、張力梯度、纏繞張力和纏繞張力及張力梯度的耦合器爆破壓力影響極為顯著；而鋪層方式、cut-versus-uncuthelicals、纏繞時(shí)張力和張力梯度對(duì)纖維斷裂應(yīng)變的影響尤為顯著。容器的環(huán)向模量主要張力和纏繞時(shí)間的影響，要想得到環(huán)向模量較高的壓力容器應(yīng)選擇較高力和較短的纏繞時(shí)間。壓力容器的強(qiáng)度和性能與纖維體積含量相關(guān)，采用繞張力會(huì)使平均纖維體積分?jǐn)?shù)提高約 6.8%，最大纖維體積分?jǐn)?shù)提高約 9體積分?jǐn)?shù)在壁厚方向上的梯度提高達(dá)到 22.8%；而纏繞張力梯度會(huì)導(dǎo)致纖數(shù)在壁厚方向上的梯度下降。對(duì)于纖維纏繞復(fù)合材料圓筒，在環(huán)向第一層有更高的纖維體積分?jǐn)?shù)（約 68%）會(huì)傳遞更高的纖維強(qiáng)度，而提高纖維體方法主要就是增加纏繞張力和縮短纏繞時(shí)間。

會(huì)使平均纖維體積分?jǐn)?shù)提高約 6.8%，，最大纖維體積分?jǐn)?shù)數(shù)在壁厚方向上的梯度提高達(dá)到 22.8%；而纏繞張力梯度厚方向上的梯度下降。對(duì)于纖維纏繞復(fù)合材料圓筒，在環(huán)的纖維體積分?jǐn)?shù)（約 68%）會(huì)傳遞更高的纖維強(qiáng)度，而提要就是增加纏繞張力和縮短纏繞時(shí)間。圖 1-1 文獻(xiàn)中的 6 種纏繞張力制度[7]
【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】：2017
【分類號(hào)】：TB332

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2517022