本文關(guān)鍵詞：碳纖維樹脂基復合材料修補區(qū)域電熱溫度場的研究

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【摘要】：本文采用ABAQUS有限元分析軟件建立了CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)單層搭接模型和修補后層板模型,利用電-熱耦合模塊,分別計算了多種電流強度下模型表面的溫度分布和實際不易測量的模型內(nèi)部溫度梯度及變化規(guī)律。為了對仿真結(jié)果進行驗證,實驗制備了與兩種模型相同尺寸的試樣,采用實驗室電熱載荷試驗測試環(huán)境平臺,測試了搭接接頭和修補后CFRP層板試樣在不同電流強度下的溫度分布,獲得了表面溫度隨時間變化的規(guī)律,并建立了電阻-溫度-電流三者的對應關(guān)系。為了研究電熱載荷對修補結(jié)構(gòu)性能的影響,對兩組試樣分別進行了拉伸剪切強度測試和沖擊后剩余壓縮強度測試。綜合仿真結(jié)果及實驗測試結(jié)果表明:(1)單層搭接試樣通電過程中,搭接試樣的電阻與電流強度之間呈線性遞減的關(guān)系。由于層間接觸電阻較大,搭接區(qū)域溫度升高較快,而非搭接區(qū)域的溫度無明顯變化。隨著通電電流強度的增加,接頭表面穩(wěn)態(tài)溫度明顯升高。對于不同搭接長度試樣,搭接長度的增加導致層間單位面積電流密度減小,減弱了電載荷對接頭溫度影響。電流加載完成后對搭接接頭的層間剪切性能進行測試,研究發(fā)現(xiàn):低電流時,電熱促使接頭樹脂進一步固化,適當提高了接頭搭接界面的粘接性能,其剪切強度略有上升;當通電電流過大時,接頭溫度急劇升高,對搭接區(qū)域產(chǎn)生過熱損傷,降低了接頭的剪切強度。(2)修補后CFRP層板試樣在通電測試過程中,試樣電阻與電流強度也呈遞減的關(guān)系。隨著電流強度的增加,層板穩(wěn)態(tài)溫度增大。由于熱交換體系的存在,層板中心區(qū)域溫度明顯高于周邊區(qū)域溫度。母板損傷而造成的纖維結(jié)構(gòu)不連續(xù),間接影響了電流傳方向,導致修補后CFRP層板正反面溫度存在差異,但這種溫度差異小于2℃。電流加載完成后對修補后CFRP層板進行沖擊后剩余壓縮強度測試,其研究結(jié)果表明:低電流未對修補后CFRP層板造成結(jié)構(gòu)性破壞,對材料的抗沖擊性能影響較小,樹脂后固化使剩余壓縮強度呈現(xiàn)略微增長的趨勢。隨著電流強度的增加,電熱產(chǎn)生的高溫對修補界面層燒蝕破壞,進一步弱化了修補連接界面的粘接性能,導致材料抗沖擊性能減弱,剩余壓縮強度明顯降低。
【關(guān)鍵詞】：復合材料修補 電熱損傷 溫度場 力學性能
【學位授予單位】：中國民航大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB332
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 碳纖維復合材料簡介及應用10-11
• 1.2 復合材料結(jié)構(gòu)修理概論11-15
• 1.2.1 修理原則12
• 1.2.2 修理過程及修理分類12-13
• 1.2.3 膠接修理13-15
• 1.3 碳纖維樹脂基復合材料電熱損傷研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 電熱損傷來源15-16
• 1.3.2 電熱對CFRP復合材料損傷特點16
• 1.3.3 電熱對修補后CFRP復合材料影響的國內(nèi)外研究進展16-18
• 1.4 研究目的與意義18
• 1.5 研究內(nèi)容18-19
• 第二章 實驗材料設(shè)備及分析方法19-29
• 2.1 實驗材料及實驗儀器19-20
• 2.1.1 實驗材料19
• 2.1.2 實驗儀器19-20
• 2.2 試樣制備20-22
• 2.2.1 單層搭接試樣制備20-21
• 2.2.2 修補層板制備21-22
• 2.3 電熱損傷實驗22
• 2.4 材料表征方法22-25
• 2.4.1 單層搭接試樣剪切強度測試22-23
• 2.4.2 層板沖擊后剩余壓縮強度測試23-25
• 2.5 ABAQUS電-熱耦合有限元理論基礎(chǔ)25-29
• 2.5.1 有限元理論和基本思想25-26
• 2.5.2 熱量傳遞的基本方式26-27
• 2.5.3 溫度場控制方程27-28
• 2.5.4 電場控制方程28-29
• 第三章 CFRP復合材料修補后電熱溫度場的有限元分析29-41
• 3.1 有限元建模過程29-30
• 3.2 單層搭接幾何模型30-31
• 3.3 單層搭接模型有限元計算結(jié)果31-34
• 3.4 層板修補模型34-35
• 3.5 層板修補模型有限元計算結(jié)果35-39
• 3.6 本章小結(jié)39-41
• 第四章 電熱載荷對CFRP修理搭接接頭剪切性能的影響41-45
• 4.1 碳纖維單層搭接接頭電熱特性41-42
• 4.2 試樣通電前后剪切性能42-44
• 4.3 本章小結(jié)44-45
• 第五章 電熱載荷對修補后CFRP沖擊后壓縮性能影響45-53
• 5.1 修補后CFRP層板電熱特性分析45-47
• 5.2 沖擊損傷特性分析47-49
• 5.3 水浸超聲無損檢測分析49-50
• 5.4 沖擊后剩余壓縮強度分析50-52
• 5.5 本章小結(jié)52-53
• 第六章 結(jié)論53-55
• 參考文獻55-59
• 致謝59

【相似文獻】

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1 張俊;碳纖維樹脂基復合材料修補區(qū)域電熱溫度場的研究[D];中國民航大學;2016年

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本文編號：884130