碳纤维/环氧树脂复合材料界面粘接强度的温度效应

发布时间：2020-12-09 14:10

　　纤维增强复合材料在整个服役周期内会遇到各种不同温度环境。复合材料界面性质是复合材料结构设计的基础,研究温度对复合材料界面性质的影响将为复合材料在不同温度环境下的服役设计提供基础数据。本文以碳纤维/环氧树脂复合材料为研究对象,采用束纤维抽拔方法,获得在20℃、50℃、80℃、110℃、140℃环境温度下的抽拔载荷-位移曲线。结合环氧树脂动态热机械性质和抽拔断口电镜照片,通过数值计算模拟,研究温度对碳纤维/环氧树脂界面抽拔失效模式和界面粘结强度的影响,揭示界面抽拔失效机理。根据试验结果得到如下结论:（1）采用动态热机械分析（dynamic thermo-mechanical analysis,DMA）方法测试得到环氧树脂玻璃化温度Tg约为110℃,超过Tg时环氧树脂力学性能急剧大幅下降。环氧树脂DMA时间扫描曲线表明:环氧树脂在同一温度下加热1小时,其力学性能变化不大。（2）通过建立碳纤维/环氧树脂复合材料试件全尺寸模型,结合有限元方法数值模拟试件传热过程,确定试件在指定温度下达到热平衡所需时间。（3）碳纤维/环氧树脂复合材料抽拔破坏失效在不同温度下有不同形式。较低温度下是界面脱粘主导失效... 

【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：55 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 纤维增强聚合物基复合材料界面研究现状
        1.2.1 碳纤维界面控制
        1.2.2 界面粘结强度表征
    1.3 温度对复合材料界面性能影响
    1.4 纤维抽拔实验有限元模拟
    1.5 目前问题
    1.6 本文主要内容
第二章 试件制备与性能测试
    2.1 复合材料抽拔试件制备
        2.1.1 实验仪器
        2.1.2 实验材料
        2.1.3 试件制备
    2.2 体积分数测试
    2.3 环氧树脂DMA测试
        2.3.1 实验材料及仪器
        2.3.2 测试方法
        2.3.3 测试结果与分析
    2.4 本章小结
第三章 复合材料试件传热分析
    3.1 参数确定
    3.2 有限元模型
    3.3 传热结果分析
    3.4 本章小结
第四章 碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能温度效应
    4.1 实验材料及仪器
    4.2 测试方法
        4.2.1 不同温度场下碳纤维束/环氧树脂复合材料抽拔试验
        4.2.2 不同温度下碳纤维/环氧树脂复合材料断面扫描
    4.3 实验结果与分析
        4.3.1 碳纤维/环氧树脂复合材料抽拔试验失效模式
        4.3.2 不同温度下碳纤维/环氧树脂复合材料破坏临界载荷及拔出位移
    4.4 本章小结
第五章 界面抽拔失效机理数值模拟
    5.1 CZM模型
    5.2 有限元建模过程
        5.2.1 几何模型
        5.2.2 材料模型
        5.2.3 设置分析步
        5.2.4 设定接触条件
        5.2.5 设置边界与加载条件
        5.2.6 划分网格
    5.3 有限元计算结果
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表文章
致谢



本文编号：2906992