發(fā)布時間：2020-06-02 16:29

【摘要】：碳纖維增強復合材料因其較高的比強度和比模量、優(yōu)異的抗疲勞性能和耐腐蝕性能等優(yōu)點,廣泛應用于航空航天、能源工程等領域。膠接連接具有能保持結(jié)構(gòu)完整性、降低應力集中、減重等優(yōu)勢,已成為復合材料結(jié)構(gòu)中廣泛采用的連接形式。然而,復合材料膠接構(gòu)件常因膠接工藝的控制不當而不可避免地在接頭中形成缺陷,降低構(gòu)件的正常使用壽命,對應用在重大場合的復合材料構(gòu)件帶來安全隱患。迄今為止,國內(nèi)外學者已對含缺陷的膠接接頭開展了一些研究工作,但目前仍缺乏缺陷對膠接接頭力學性能影響規(guī)律與機制的系統(tǒng)性研究,從而導致含缺陷膠接接頭準確的強度預測方法與可靠的失效準則的缺失,這也進一步限制了復合材料膠接構(gòu)件的廣泛使用。因此,探索典型缺陷對膠接接頭強度與失效過程的影響規(guī)律與機制,對于深入研究含缺陷膠接接頭的強度預測方法與失效準則和發(fā)展膠接結(jié)構(gòu)的損傷容限設計技術(shù)等具有重要意義。本文以碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復合材料單搭接接頭為研究對象,針對膠接接頭中常見的脫粘缺陷和固化工藝缺陷,開展了如下的研究工作:(1)缺陷的制備與定量表征。1)脫粘缺陷:對實際中不規(guī)則的脫粘缺陷進行標準化,并根據(jù)其幾何特征利用超薄鋁箔在碳纖維復合材料膠接接頭中預制不同規(guī)格的脫粘缺陷,運用超聲相控陣技術(shù)對其進行檢測與定量表征。2)固化工藝缺陷:考慮膠層欠固化和過固化的固化工藝缺陷,定量控制固化工藝中的固化溫度和壓力參數(shù),制備含不同固化程度的碳纖維復合材料膠接接頭。(2)實驗研究了缺陷對膠接接頭承載能力和失效模式的影響規(guī)律。開展了室溫下碳纖維復合材料含缺陷膠接接頭的恒定位移速率加載的拉伸試驗,測試了含缺陷膠接接頭的承載能力與載荷位移曲線,獲得了不同脫粘缺陷參數(shù)以及不同固化程度下膠接接頭承載能力與失效模式的變化規(guī)律。(3)探索了缺陷對膠接接頭承載能力及失效模式的影響機制。采用二維DIC技術(shù)得到了含缺陷膠接接頭的全場應變和失效過程,并探索了脫粘缺陷參數(shù)以及固化條件對膠接接頭應變分布、失效模式的影響規(guī)律,研究了搭接區(qū)應變場與不同失效模式間的聯(lián)系。同時采用內(nèi)聚力模型進一步分析了不同脫粘缺陷情況對復合材料層合板膠接接頭力學性能的影響,并與基于DIC方法的實驗結(jié)果進行了比較。
【圖文】：

膠接接頭的失效模式逡逑接接頭的幾何形狀、膠接界面的粘接質(zhì)量和受到載荷均會影響膠接效模式。根據(jù)美國材料與試驗協(xié)會標準ＡＳＴＭ－Ｄ５５７３［３４Ｉ可知，在纖料膠接接頭中共有七種典型的失效模式，分別為：膠接界面失效，，薄層內(nèi)聚失效，纖維撕裂失效，薄層纖維撕裂失效、層合板斷裂效，如圖Ｕ所示。逡逑多學者對復合材料膠接接頭失效行為的影響因素進行了實驗研究［３主要的影響因素有表面條件（如污染、磨損和等離子處理），肢瘤鋪層角度與方式，環(huán)境因素等。在復合材料膠接接頭的失效預測方研究［４（Ｍ６］，但由于不同的膠接工藝和參數(shù)將導致膠接接頭有不同的效摸式，因此復合材料膠接接頭的失效預測依舊很難開展［４７］。逡逑

＜ｅ）薄層纖維撕裂失效邐（ｆ）邋￡－合扳斷Ｍ失效逡逑圖１．１纖維增強復合材料膠接接頭的失效模式［４８］逡逑１．２．３膠接接頭的強度和應力分析逡逑肢接接頭在不同的服役環(huán)境下承受的載荷形式是不同的，，總的來說肢接結(jié)構(gòu)逡逑的承載類型包括拉伸應力、剪切應力、壓縮應力、剝離應力和劈裂應力［３２］。通常逡逑情況下，膠接接頭在承受某種載荷時，膠接結(jié)構(gòu)中有幾種應力在同時作用，但在逡逑不同載荷條件下起主導作用的應力不同。逡逑膠接接頭的強度定義為，在外力作用下膠接接頭發(fā)生破壞所需要的應力［４７］。逡逑需要指出的是，由于在實際的服役環(huán)境中，肢接接頭的強度會受到很多因素的影逡逑響，所以膠接接頭在特定服役條件下的強度不能直接與該條件下膠粘劑的強度等逡逑同。膠接接頭的性能評價及性能的影響因素研究一直是該研究領域中的研究熱點；逡逑進行膠接接頭的強度預測時需要具備以下兩個條件：其一獲取膠接接頭的應力分逡逑４逡逑
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33

【參考文獻】

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1 劉璐;關志東;徐榮章;馮敏

本文編號：2693448