碳纖維復(fù)合材料因其高比強(qiáng)度、耐腐蝕、抗疲勞性能好、材料的可設(shè)計(jì)性和優(yōu)良的抗沖擊性能,在發(fā)動機(jī)冷端部件(外涵機(jī)匣)以及飛機(jī)蒙皮、機(jī)翼上得到了廣泛應(yīng)用。飛機(jī)在服役期間會受到環(huán)境載荷的干擾,復(fù)合材料層合板的層間界面結(jié)合力較低,對長時間作用的濕熱因素較為敏感,導(dǎo)致界面損傷及力學(xué)性能變化,對復(fù)合材料的抗沖擊性能產(chǎn)生影響。本文結(jié)合試驗(yàn)手段開展了以下三方面的研究:(1)對T700/TDE-86復(fù)合材料參照飛機(jī)復(fù)合材料循環(huán)濕熱老化譜進(jìn)行了循環(huán)濕熱老化試驗(yàn),得到吸濕曲線并分析其吸濕機(jī)理,通過掃描電子顯微鏡對不同老化時間的試件進(jìn)行觀察,討論不同循環(huán)濕熱老化時長對復(fù)合材料表面、纖維/基體界面和層間界面的影響。研究結(jié)果表明:T700/TDE-86復(fù)合材料吸濕過程分為三個階段,吸濕變化符合Fick第二擴(kuò)散定律,在140天左右達(dá)到飽和吸濕率,飽和吸濕率為1.256%;隨著老化時間的增長,基體表面形成龜裂紋,基體與纖維之間產(chǎn)生剪應(yīng)力,引起纖維/基體界面的脫粘,基體溶脹導(dǎo)致層間界面脫粘。(2)對不同老化時間的T700/TDE-86復(fù)合材料的進(jìn)行層間剪切強(qiáng)度、Ⅰ型和Ⅱ型的層間斷裂韌性試驗(yàn)得到其隨老化周期的變化規(guī)律,以及不同老化時間下復(fù)合材料的失效模式的改變。研究結(jié)果表明:Ⅰ型和Ⅱ型的層間斷裂韌性試件端部的預(yù)制裂紋在溶脹應(yīng)力的作用下,向外開始發(fā)生屈曲;T700/TDE-86復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度先上升后下降,老化280天后層間剪切強(qiáng)度保留率為82.16%;Ⅰ型層間斷裂韌性因?yàn)槔w維橋接隨著老化時間增長而上升,老化280天后,保留率為145.9%;Ⅱ型層間斷裂韌性釋放率隨老化時間的變化是一個下降的過程,老化280天后,保留率為61.34%。(3)對不同老化時間的T700/TDE-86復(fù)合材料試件進(jìn)行彈道沖擊試驗(yàn),每種老化周期下得到一次反彈狀態(tài)和三次不同速度下的擊穿狀態(tài),對彈道極限速度受循環(huán)濕熱老化的影響進(jìn)行了分析;觀察沖擊過后試件的損傷斷口,分析不同狀態(tài)、不同沖擊速度和不同循環(huán)濕熱老化時長對復(fù)合材料的失效模式的影響;對沖擊后的復(fù)合材料進(jìn)行超聲C掃描試驗(yàn),分析了損傷面積變化趨勢;研究結(jié)果表明老化280天后的復(fù)合材料的彈道極限上升了11.5%,斷口失效模式以及其導(dǎo)致的損傷面積也會隨著老化時間和彈體的沖擊速度而變化。研究循環(huán)濕熱老化條件下復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能對飛機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性具有重要意義。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

場環(huán)境（廣州和北京的平均值）來進(jìn)行模擬，用14天加速即可模擬一年的飛機(jī)的老化。在老化譜編制中還要充分考慮飛行間隔和最大限度的加速來對上升、下滑及高速飛行進(jìn)行真實(shí)模擬，編制結(jié)果如圖2.1所示。24小時為循環(huán)老化譜的一個循環(huán)，本文后續(xù)的老化循環(huán)數(shù)將會以老化天數(shù)代替。

3s，共24層，平均每層的厚度為0.125mm，纖維的體積分?jǐn)?shù)約為60%，成型后的平板經(jīng)過機(jī)加工切割，制作成尺寸為30mm×15mm×3mm的吸濕特性試驗(yàn)件，如圖2.2所示。本次吸濕試驗(yàn)采用的是層間剪切強(qiáng)度的試驗(yàn)件，同時進(jìn)行循環(huán)濕熱老化試驗(yàn)的還有斷裂韌性Ⅰ型、斷裂韌性Ⅱ型和彈道沖擊試驗(yàn)件。圖 2. 2 吸濕特性試驗(yàn)件2.2.3 試驗(yàn)設(shè)備本次循環(huán)濕熱老化試驗(yàn)共用到三種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，高低溫交變環(huán)境試驗(yàn)箱、高精度電子天平和掃描電子顯微鏡，試驗(yàn)設(shè)備主要參數(shù)和實(shí)物圖如表2.1和圖2.3、2.4、2.5所示。循環(huán)濕熱老化試驗(yàn)是在南京航空航天大學(xué)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)室進(jìn)行的，電鏡掃描試驗(yàn)是在江蘇大學(xué)分析測試中心進(jìn)行的。

2.2.3 試驗(yàn)設(shè)備本次循環(huán)濕熱老化試驗(yàn)共用到三種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，高低溫交變環(huán)境試驗(yàn)箱、高精度電子天平和掃描電子顯微鏡，試驗(yàn)設(shè)備主要參數(shù)和實(shí)物圖如表2.1和圖2.3、2.4、2.5所示。循環(huán)濕熱老化試驗(yàn)是在南京航空航天大學(xué)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)室進(jìn)行的，電鏡掃描試驗(yàn)是在江蘇大學(xué)分析測試中心進(jìn)行的。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2859422