【摘要】：三維編織復(fù)合材料由于編織物結(jié)構(gòu)整體性和編織紗線空間分布的可設(shè)計性,可以制備具有異型截面耐沖擊工程結(jié)構(gòu)件。三維編織復(fù)合材料已被廣泛應(yīng)用于飛行器和高速車輛等抗沖擊領(lǐng)域。如何建立編織復(fù)合材料細觀結(jié)構(gòu)、組分材料性質(zhì)與抗沖擊性質(zhì)之間的聯(lián)系是三維編織復(fù)合材料實際應(yīng)用面臨的重要問題,將直接影響到工程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。本文主要研究三維編織復(fù)合材料橫向沖擊變形和損傷特征與復(fù)合材料細觀結(jié)構(gòu)關(guān)系。結(jié)合有限元方法揭示橫向沖擊變形過程和失效機制。主要研究工作如下:(1)采用改進分離式霍普金森壓桿(SHPB)裝置,測試三維編織復(fù)合材料橫向沖擊性能,分析沖擊氣壓、編織角和軸紗對三維編織復(fù)合材料橫向沖擊力學(xué)性能的影響。(2)利用高速攝影記錄沖擊變形和損傷擴展,觀測三維編織復(fù)合材料橫向沖擊變形過程和損傷演化。(3)建立三維編織復(fù)合材料單胞結(jié)構(gòu)模型,用有限元計算橫向沖擊變形過程并與實驗觀測作比較,分析沖擊損傷機理。主要研究結(jié)論如下:(1)多次橫向沖擊:應(yīng)力波在輸入桿中多次入射和反射過程導(dǎo)致多次橫向沖擊現(xiàn)象產(chǎn)生,取前3次橫向沖擊過程發(fā)現(xiàn)載荷峰值逐漸減小,復(fù)合材料變形和損傷耗散沖擊能量,導(dǎo)致峰值逐漸降低的沖擊載荷-位移曲線產(chǎn)生。(2)比較三維四向和五向編織復(fù)合材料,發(fā)現(xiàn)加軸紗后復(fù)合材料剛度和強度增加,抵抗橫向沖擊變形能力提高,結(jié)構(gòu)完整性較好,破壞模式主要是基體脆裂和界面脫黏。比較不同編織角復(fù)合材料發(fā)現(xiàn)編織角增加顯著影響失效模式:小編織角試件破壞模式主要為纖維束剪切斷裂,呈現(xiàn)一定的脆性特征;大編織角試件破壞模式為纖維束橫向斷裂,呈現(xiàn)一定韌性特征。(3)基于三維編織復(fù)合材料單胞模型有限元計算表明,編織復(fù)合材料編織角和纖維空間取向分布是影響橫向沖擊性質(zhì)的主要因素,加入軸紗和改變編織角顯著改變橫向沖擊性質(zhì)。
【圖文】：

放置在玻璃板上用模具夾持固定，引入導(dǎo)流管，用黑膠將薄膜、玻璃板和預(yù)成型體密封，制成真空袋，真空袋如圖2.4 所示。圖 2.4 真空袋(3) 檢查氣密性：將真空袋與真空泵連接，抽真空 20 分鐘左右。當(dāng)真空泵氣壓表上的壓力值穩(wěn)定在最大值時，表明真空袋密封性良好。(4) 配置基體：環(huán)氧樹脂與固化劑以 100:80 的比例配比，放置烘箱 60℃下烘燥一段時間，攪拌混合均勻。再放進真空箱脫泡處理三小時。真空箱溫度 45℃，氣壓 0.1MPa。(5) 注入樹脂：將脫泡后的樹脂和真空袋放置烘箱，真空袋一端的導(dǎo)流管插入樹脂溶液底部，另一端連接真空泵，，抽真空形成的負壓將樹脂傳遞到預(yù)成型體內(nèi)，直至環(huán)氧樹脂從預(yù)成型體流出，此時須持續(xù)注入一段時間保證樹脂完全浸潤。(6) 固化成型：預(yù)成型體注入樹脂后，將兩端導(dǎo)管密封，連同真空袋整個放進烘箱內(nèi)高溫固化，90°C 下 2 小時

圖 2.4 真空袋(3) 檢查氣密性：將真空袋與真空泵連接，抽真空 20 分鐘左右。當(dāng)真空表上的壓力值穩(wěn)定在最大值時，表明真空袋密封性良好。(4) 配置基體：環(huán)氧樹脂與固化劑以 100:80 的比例配比，放置烘箱 60℃一段時間，攪拌混合均勻。再放進真空箱脫泡處理三小時。真空箱溫度 4壓 0.1MPa。(5) 注入樹脂：將脫泡后的樹脂和真空袋放置烘箱，真空袋一端的導(dǎo)流樹脂溶液底部，另一端連接真空泵，抽真空形成的負壓將樹脂傳遞到預(yù)成，直至環(huán)氧樹脂從預(yù)成型體流出，此時須持續(xù)注入一段時間保證樹脂完全浸(6) 固化成型：預(yù)成型體注入樹脂后，將兩端導(dǎo)管密封，連同真空袋整烘箱內(nèi)高溫固化，90°C 下 2 小時，110°C 下 1 小時，130°C 下 4 小時。(7) 成型取出：高溫固化完成后，自然冷卻至室溫。將成型的復(fù)合材料中取出。VARTM 成型工藝流程圖如下所示。真空袋
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33

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本文編號：2663437