【摘要】：三維編織復(fù)合材料作為新型材料應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片,航空發(fā)動(dòng)機(jī)在服役期間經(jīng)歷飛行,停放等不同干濕度交替循環(huán)過(guò)程,必然會(huì)帶來(lái)復(fù)合材料的濕熱老化。且航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片通常處于高速狀態(tài),所受的外物損傷問(wèn)題具有在短暫時(shí)間尺度上發(fā)生載荷顯著變化的特點(diǎn),即處于高應(yīng)變率狀態(tài)特點(diǎn)。考慮到碳纖維對(duì)濕熱環(huán)境的穩(wěn)定性和對(duì)應(yīng)變率不敏感性,從材料微觀力學(xué)角度出發(fā),對(duì)三維編織復(fù)合材料基體——TDE86環(huán)氧樹(shù)脂濕熱演化后的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能以及本構(gòu)模型開(kāi)展研究。本文前期用真空澆注法和高低溫濕熱循環(huán)試驗(yàn)箱分別澆注和濕熱老化處理了環(huán)氧樹(shù)脂。以人工模擬風(fēng)扇葉片服役期間的真實(shí)環(huán)境,得到濕熱循環(huán)老化周期0、1、7、14、28、56、70、140天的環(huán)氧樹(shù)脂,對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)服役年限分別為0、1月、6月、1年、2年、4年、5年、10年。利用MTS疲勞試驗(yàn)機(jī)和霍普金森拉桿裝置分別開(kāi)展了不同濕熱循環(huán)周期的環(huán)氧樹(shù)脂的準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試,應(yīng)變率范圍7.5×10~(-6)~1000s~(-1)。獲得了濕熱循環(huán)對(duì)樹(shù)脂力學(xué)性能的影響特點(diǎn),且基于ZWT粘彈性本構(gòu)模型,修正得到包含循環(huán)濕熱影響因子的ZWT模型。結(jié)合高、低應(yīng)變率下的樹(shù)脂不同力學(xué)性能特點(diǎn),擬合出適用于濕熱循環(huán)作用的粘彈性本構(gòu)模型。本文得到的環(huán)氧樹(shù)脂在濕熱循環(huán)作用下的吸濕規(guī)律、裂紋損傷演化過(guò)程以及包含濕熱效應(yīng)、應(yīng)變率效應(yīng)的粘彈性本構(gòu)關(guān)系,使之為評(píng)估和預(yù)測(cè)三維編織碳纖維復(fù)合材料受到濕熱循環(huán)作用后的抗外物損傷能力的有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。
【圖文】：

制備藝選取樹(shù)脂是脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂，固化劑一般采用芳香胺類(lèi)固化劑操作性，，選取環(huán)氧基/氨基摩爾比 1:0.875[57]，得到最佳性TDE-86 環(huán)氧樹(shù)脂與間苯二胺固化劑按質(zhì)量比 2.1:1 經(jīng)5℃/3h，升溫速率 10℃/min 由真空澆注機(jī)澆注固化而成。確保固化過(guò)程試驗(yàn)件內(nèi)部盡可能無(wú)氣泡，滿(mǎn)足了復(fù)合材料設(shè)計(jì)27-2-2012《塑料拉伸性能測(cè)試方法》要求，設(shè)計(jì)的試驗(yàn)件件設(shè)計(jì)為啞鈴型�？紤]到應(yīng)變數(shù)據(jù)測(cè)量需要用引伸計(jì)以及過(guò)素，設(shè)計(jì)平行段長(zhǎng)度為 25mm、直徑 4mm，以保證濕熱循態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了彌補(bǔ)表面粗糙度對(duì)力學(xué)性能帶來(lái)的影響保表面的足夠光滑。

圖 2.2 動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)件為了確保相同吸濕效果，動(dòng)態(tài)、靜態(tài)試驗(yàn)件需等直徑的設(shè)計(jì)，后續(xù)也能科學(xué)地將靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，探索其力學(xué)性能的應(yīng)變率效應(yīng)�？紤]到實(shí)驗(yàn)次數(shù)較多提高試驗(yàn)效率，動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)件設(shè)計(jì)為雙螺紋連接方式；動(dòng)態(tài)拉伸試件平行段設(shè)計(jì)更短盡可能避免由于動(dòng)態(tài)拉伸產(chǎn)生不穩(wěn)定的振蕩，將外界干擾信號(hào)影響最小化。其次確保在下具有更好的載荷對(duì)稱(chēng)性，試驗(yàn)件均設(shè)計(jì)為圓柱形。2.3 濕熱循環(huán)老化譜制定飛機(jī)在十幾年的服役期限內(nèi)會(huì)經(jīng)歷飛行，降落，停放等過(guò)程，在這些過(guò)程中自然而然受不同的濕度熱度的交替變化。為了盡可能地模擬出相應(yīng)的載荷譜，我們應(yīng)該對(duì)地面停境進(jìn)行最大程度地加速，在這其中考慮兩個(gè)主要的因素，溫度及濕度。而對(duì)于飛行狀態(tài)變化要考慮真實(shí)氣動(dòng)加熱對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。應(yīng)該完全模擬飛機(jī)在使用中濕熱老化過(guò)程，但慮到成本及環(huán)境等種種因素后，這種方案的可行性其實(shí)是比較低的，所以應(yīng)該考慮加快來(lái)獲到標(biāo)準(zhǔn)的加速濕熱老化。以較快地積累許多有用的數(shù)據(jù)，縮短試驗(yàn)周期，節(jié)省試驗(yàn)用。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V232.4;V255.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2660911