發(fā)布時間：2017-10-19 01:01

  本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料螺栓緊固件的設(shè)計及制備工藝研究

  更多相關(guān)文章： 碳纖維 螺栓 氰酸酯樹脂 模壓成型 有限元 性能表征

【摘要】：隨著制備技術(shù)的發(fā)展和成本的降低,碳纖維的用途越來越廣泛,航空航天工業(yè)對于高強度的復(fù)合材料螺紋緊固件有著強烈的需求。這種輕質(zhì)高強、耐腐蝕、抗疲勞的復(fù)合材料螺紋緊固件能應(yīng)用于許多行業(yè),研究碳纖維復(fù)合材料螺栓的成型技術(shù)是非常有必要的。通過模壓成型工藝制備復(fù)合材料螺栓,除了能加強其力學(xué)性能,更能提高制品的光潔度和螺紋的尺寸精度,使其更加廣泛地應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)連接之中。通過對TDE85環(huán)氧樹脂、SE300氰酸酯樹脂、WIN1126聚氨酯樹脂三種樹脂體系進(jìn)行一系列測試,確定了模壓料的材料體系。接觸角測試的結(jié)果表明,三種樹脂體系都能與T700、T800、T1000碳纖維良好地浸潤。樹脂粘度的測試結(jié)果顯示SE300氰酸酯樹脂體系在100℃時的粘度僅為5m Pa·s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其余二者,這表明三種樹脂體系中SE300氰酸酯樹脂體系在模壓時的流動性會最好,有著更好的充模能力。熱重-差熱分析表明,SE300樹脂體系的Tg和Td較其余兩種樹脂更高,分別為296℃、326℃,故其上限工作溫度最高。對澆鑄體力學(xué)性能的測試表明,SE300氰酸酯樹脂體系的拉伸模量最高,TDE85環(huán)氧樹脂體系彎曲模量最高。綜合考慮樹脂體系的浸潤能力、耐熱性、力學(xué)性能和工藝性,最終優(yōu)選出SE300氰酸酯樹脂體系作為模壓料的樹脂基體。使用ANSYS軟件,建立了合理的復(fù)合材料螺紋緊固件有限元模型,并對其進(jìn)行了拉伸、剪切及扭轉(zhuǎn)等工況下的仿真分析,給出了應(yīng)力、應(yīng)變及位移分布規(guī)律,各項仿真結(jié)果均滿足應(yīng)變設(shè)計要求。以Auto CAD為平臺設(shè)計了具有一個垂直分型面和一個水平分型面的CFRP螺栓壓模。對纏繞線型進(jìn)行了設(shè)計,采用螺旋纏繞的方法制備了碳纖維/氰酸酯樹脂模壓料,纏繞角為45°。通過模壓成型制得了力學(xué)性能良好的CFRP螺栓,其中成型溫度為220℃,保壓壓力為200MPa。所得制品螺桿與螺牙纖維含量分別為55%、35%。對其進(jìn)行了力學(xué)性能測試,螺栓的拉伸強度達(dá)到了330.55MPa,但試件的破壞形式均為螺紋拉脫破壞,說明成型的螺紋強度還有提高的空間;螺栓的剪切強度達(dá)到704.56MPa,表明其具有優(yōu)異的抗剪切性能。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維 螺栓 氰酸酯樹脂 模壓成型 有限元 性能表征
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V229.1;TB33
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題背景及研究目的和意義10-11
• 1.1.1 課題背景10-11
• 1.1.2 課題研究目的與意義11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-20
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 CFRP模壓成型概述16-18
• 1.2.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡析18-20
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 試驗材料與測試方法22-30
• 2.1 試驗材料與主要設(shè)備22
• 2.1.1 試驗原材料22
• 2.1.2 主要設(shè)備22
• 2.2 材料分析測試方法22-30
• 2.2.1 動態(tài)接觸角測試22-23
• 2.2.2 粘度測試23-24
• 2.2.3 固化度測試24
• 2.2.4 熱重-差熱分析24-25
• 2.2.5 樹脂力學(xué)性能測試25-28
• 2.2.6 復(fù)合材料力學(xué)性能測試28
• 2.2.7 有限元分析計算28
• 2.2.8 復(fù)合材料螺栓拉伸試驗28-29
• 2.2.9 復(fù)合材料螺栓剪切試驗29-30
• 第3章 材料體系的優(yōu)選30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 碳纖維與樹脂體系浸潤性研究30-34
• 3.2.1 動態(tài)接觸角測試原理31
• 3.2.2 動態(tài)接觸角的測試31-34
• 3.3 樹脂粘度研究34-35
• 3.4 樹脂固化度研究35-36
• 3.5 樹脂耐熱特性研究36-38
• 3.6 樹脂澆鑄體力學(xué)性能的表征38-41
• 3.6.1 拉伸性能39-40
• 3.6.2 彎曲性能40-41
• 3.7 復(fù)合材料制備及力學(xué)性能研究41-43
• 3.7.1 復(fù)合材料單向板的制備41-42
• 3.7.2 復(fù)合材料力學(xué)性能測試42-43
• 3.8 本章小結(jié)43-45
• 第4章 CFRP螺栓的有限元分析45-55
• 4.1 引言45
• 4.2 CFRP螺栓有限元模型的建立45-47
• 4.2.1 鋪層設(shè)計與性能參數(shù)45-46
• 4.2.2 單元及模型的建立46-47
• 4.3 CFRP螺栓有限元模型的計算分析47-53
• 4.3.1 螺桿拉伸仿真分析47-48
• 4.3.2 螺紋拉伸仿真分析48-50
• 4.3.3 剪切仿真分析50-51
• 4.3.4 扭轉(zhuǎn)仿真分析51-53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 第5章 CFRP螺栓的模壓制備工藝研究55-70
• 5.1 引言55
• 5.2 壓模的設(shè)計55-58
• 5.2.1 壓模設(shè)計分類55-56
• 5.2.2 壓模的總體設(shè)計方案56-57
• 5.2.3 施壓方向及分型面的設(shè)計57-58
• 5.2.4 成型零件的設(shè)計58
• 5.3 模壓料的制備58-63
• 5.3.1 XMC模壓料概述58-59
• 5.3.2 纏繞線型分析59
• 5.3.3 纏繞線型設(shè)計59-63
• 5.3.4 模壓料的成型63
• 5.4 螺栓的模壓成型63-66
• 5.4.1 壓制前的準(zhǔn)備63-64
• 5.4.2 成型工藝的確定及螺栓的壓制64-66
• 5.5 復(fù)合材料螺栓力學(xué)性能試驗66-68
• 5.5.1 復(fù)合材料螺栓拉伸試驗66-67
• 5.5.2 復(fù)合材料螺栓剪切試驗67-68
• 5.6 本章小結(jié)68-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-78
• 致謝78

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