發(fā)布時間：2020-11-21 16:23

　　 三維編織復(fù)合材料是整體網(wǎng)狀編織復(fù)合結(jié)構(gòu),可以克服傳統(tǒng)層合板復(fù)合材料層間強(qiáng)度低、易分層等缺陷,還具有高比強(qiáng)度、耐腐蝕性、高損傷容限以及良好的抗沖擊等特性,在航空航天領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。三維編織復(fù)合材料風(fēng)扇葉片在服役期間暴露在循環(huán)交變濕熱環(huán)境下,其力學(xué)性能與抗沖擊性能均會發(fā)生變化,進(jìn)而影響風(fēng)扇葉片在服役過程中的可靠性,因此評估和預(yù)測三維編織碳纖維復(fù)合材料受到濕熱循環(huán)作用后的抗外物損傷能力對保障航空發(fā)動機(jī)在服役期間的安全性具有重要意義。本文以循環(huán)濕熱作用后的碳纖維樹脂基三維編織復(fù)合材料為研究對象開展了以下四方面的研究工作:(1)針對三維編織復(fù)合材料開展了循環(huán)濕熱老化試驗(yàn),得到其吸濕曲線并分析其吸濕機(jī)理,采用電子掃描顯微鏡對不同循環(huán)濕熱老化天數(shù)后的試樣內(nèi)部進(jìn)行了觀察,討論了循環(huán)濕熱老化時間對三維編織復(fù)合材料內(nèi)部組分材料的影響。試驗(yàn)研究表明:三維編織復(fù)合材料在循環(huán)濕熱老化280天內(nèi)并未達(dá)到飽和吸濕率,吸濕曲線符合Fick定律;三維編織復(fù)合材料內(nèi)部損傷面積隨著循環(huán)濕熱老化時間增加而增加,內(nèi)部形貌變化經(jīng)歷樹脂吸濕溶脹開裂、開裂面積擴(kuò)大、纖維/樹脂界面脫粘形成裂紋、裂紋數(shù)量增多并持續(xù)擴(kuò)展等四個歷程。(2)針對不同循環(huán)濕熱老化天數(shù)下的三維編織復(fù)合材料開展了準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明:三維編織復(fù)合材料在循環(huán)濕熱老化210天內(nèi),材料應(yīng)力應(yīng)變曲線呈線性變化,在循環(huán)濕熱老化280天時,材料應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)明顯的雙線性變化;三維編織復(fù)合材料彈性模量在循環(huán)濕熱老化至140天時逐漸下降,最大下降15.2%,之后隨循環(huán)濕熱老化時間增加,其彈性模量略有反彈;失效應(yīng)變在循環(huán)濕熱280天內(nèi)持續(xù)上升;泊松比在循環(huán)濕熱老化前期明顯下降,后期恢復(fù),并超過未濕熱老化下三維編織復(fù)合材料的泊松比。(3)針對不同循環(huán)濕熱老化天數(shù)下的三維編織復(fù)合材料開展了不同應(yīng)變率下的霍普金森壓桿試驗(yàn),分析循環(huán)濕熱老化對三維編織復(fù)合材料動態(tài)力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:三維編織復(fù)合材料在循環(huán)濕熱前期,表現(xiàn)出一定的應(yīng)變率相關(guān)行為,存在應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng);在循環(huán)濕熱老化后期,濕熱老化效應(yīng)占主導(dǎo)作用,材料應(yīng)變率相關(guān)行為不再明顯;循環(huán)濕熱老化對三維編織復(fù)合材料縱向動態(tài)壓縮強(qiáng)度有一定的積極作用,但長時間的循環(huán)濕熱老化會明顯削弱三維編織復(fù)合材料縱向承載能力。(4)針對不同循環(huán)濕熱老化下的三維編織復(fù)合材料開展了高速沖擊試驗(yàn),并結(jié)合高速攝影和工業(yè)CT掃描分析了高速沖擊下三維編織復(fù)合材料破壞機(jī)理以及破壞后形貌。試驗(yàn)結(jié)果表明:三維編織復(fù)合材料靶板在同等沖擊速度下的吸收能量隨著循環(huán)濕熱老化天數(shù)的增加而增加,抗沖擊性能顯著提升;不同循環(huán)濕熱老化天數(shù)下三維編織復(fù)合材料靶板在高速沖擊下宏觀損傷形貌無明顯差異;三維編織復(fù)合材料在沖擊載荷下主要損傷方式包括:基體破碎、纖維/基體脫粘、纖維斷裂拔出。綜上,本文的研究工作可以為評估和預(yù)測航空發(fā)動機(jī)三維編織碳纖維復(fù)合材料葉片受到循環(huán)作濕熱用后的力學(xué)性能變化以及抗外物損傷設(shè)計提供一定的借鑒意義。
【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】：2019
【中圖分類】：V25;V231.9
【部分圖文】：

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文下滑及高速飛行過程中經(jīng)歷的環(huán)境變化，采用 14 天人工加速循環(huán)濕熱碳擬其一年的濕熱狀態(tài)，其中 24 小時（1440 分鐘）為循環(huán)濕熱老化譜的1 所示）,文中后續(xù)的濕熱老化循環(huán)數(shù)均以天數(shù)作為計量單位。濕熱老化譜行段 1：溫度 70℃，相對濕度 95%；2）平行段 2：溫度 110℃，相對濕度在 70℃~110℃范圍內(nèi)上升（或 110℃~70℃范圍內(nèi)下降），相對濕度在 9 0%~95%范圍內(nèi)上升）。

1 飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料加速循環(huán)濕熱老化譜吸濕特性試驗(yàn)件材料為天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究所生，其中碳纖維為 T700/12K，樹脂為 TD整板上經(jīng)過機(jī)械加工切割出來的，尺寸織復(fù)合材料開展的循環(huán)濕熱老化處理的以及高速沖擊試驗(yàn)件。

試驗(yàn)設(shè)備具體參數(shù)如表2.1所示，試文設(shè)計了自動添加蒸餾水的設(shè)備，保證了循環(huán)濕化試驗(yàn)在南京航空航天大學(xué)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動試驗(yàn)學(xué)分析測試中心進(jìn)行。表 2. 1 循環(huán)濕熱老化試驗(yàn)設(shè)備明細(xì)表儀器的型號 生產(chǎn)商 設(shè)備參數(shù)S-101D-LJS上海林頻儀器股份有限公司溫度范圍-70°C~1濕度范圍 RH20%溫度偏差±2°濕度偏差±2%J324BC常熟市雙杰測試儀器廠稱重上限 320精度 0.1mgM-7001F 日本株式會社 放大倍數(shù) 20~2
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本文編號：2893276