微纳米多相复合材料层合板的低速冲击后剩余强度研究

发布时间：2020-10-21 05:35

　　 连续碳纤维增强复合材料力学性能优异,在工业领域应用广泛。然而复合材料构件的性能在使用过程中难免遭受各种外力影响,对低速冲击尤为敏感。因此,复合材料层合板的低速冲击后的损伤及其剩余强度问题具有很高的研究价值。随着材料科学技术的发展,越来越多的纳米增强相被用于提高复合材料各项力学性能。本文将不同体积分数的二氧化硅纳米颗粒引入连续碳纤维增强复合材料的树脂基体,对形成的微纳米多相复合材料层合板的低速冲击后剩余压缩强度进行了实验研究,通过比较冲击后的荷载时程曲线、能量时程曲线和荷载位移曲线,分析了纳米颗粒的加入对于微纳米多相复合材料层合板抗冲击性能的影响。利用超声探伤技术对层合板内部形成的冲击损伤区域进行定量表征,探究了冲击损伤区域的形状规律,总结了损伤区域的尺寸随层合板厚度、冲击能量和纳米颗粒体积分数的变化规律。在低速冲击后的层合板试件的剩余压缩强度试验中,利用数字图像相关方法对试验过程中的层合板损伤区域的应变场进行了准确测量,基于高速摄影机追踪了层合板压缩破坏时的裂纹扩展过程,对冲击后压缩试验中层合板损伤区域的应变场演化进行了分析。最后通过有限元仿真的方法建立起复合材料层合板受到冲击后损伤区域和冲击后层合板剩余压缩强度之间的联系,利用损伤区域定量化表征的方法,发展了层合板的剩余压缩强度预测模型,预测结果与试验结果达到良好的一致性。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33
【部分图文】：

华南理工大学硕士学位论文将按照表 2-2 的配比配好的试剂搅拌均匀后，树脂置于真空器皿中抽气半个小时，去除试剂中残余气泡后进行固化。固化分为前固化和后固化，前固化为 60℃加热 480min然后继续在烘箱中升温至 100℃保持 120 分钟；后固化在烘箱中 150℃保持 300 分钟。本实验制作碳纤维复合材料所使用的工艺基础是真空辅助树脂传递模塑工艺[78]，简称VARTM，原理如图2-1，该工艺的成品具有较好的质量（孔隙率低，纤维含量高等），同时，该工艺适用于质量要求高、小批量和尺寸较大的制品，因此常被实验室用于制造碳纤维复合材料层合板。由于本文中制备的层合板是[45/0/-45/90]2S的铺层方式，所以与传统的VARTM工艺有所不同的是，本文采用两进两出的真空辅助树脂模塑工艺，如图2-2所示。

制备[45/0/-45/90]

升温至100℃保持120分钟；后固化在烘箱中150℃保持300分钟。前固化完成后，需要将层合板从模具中取下来以后，拆掉导流网、脱模布和真空膜再放进去进行后固化。最终后固化后成型的样品如图2-3所示；
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本文编号：2849709