炭/芳纶混杂正交三向复合材料拉伸性能实验研究
发布时间：2021-01-25 22:46
设计制备了Z向纱为芳纶纤维、经纬纱为炭纤维和经纬纱间隔排列芳纶纤维与炭纤维的混杂织造的2种炭/芳纶混杂正交三向织物增强环氧树脂复合材料,采用基于全场位移的数字图像相关（DIC）方法,进行了其材料级拉伸性能试验,通过与炭纤维、芳纶纤维2种非混杂的正交三向复合材料对比,分析了炭/芳纶混杂方式对复合材料拉伸性能的影响。实验结果表明,经纬纱采用炭纤维,Z向纱为芳纶纤维的混杂正交三向复合材料面内拉伸模量和断裂强度最大,断裂伸长率和泊松比较高;接下来的复合材料拉伸模量和强度从高到低依次是非混杂的炭纤维复合材料、经纬纱采用炭纤维和芳纶间隔排列的混杂复合材料和非混杂的芳纶纤维复合材料。因此,按比例合理布置炭纤维和芳纶纤维的混杂正交三向复合材料,可实现强度和韧性的折衷设计。
【文章来源】：固体火箭技术. 2017,40(01)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
正交三向织物结构示意图
拟应变计，用来获取该区域的平均应变［14］。图2制斑后试样Fig．2Couponsafterspottedspeckles利用岛津250kN万能材料试验机和DIC测试系统进行拉伸试验(见图3)，试验机夹头加载速率为2mm/min，DIC测试系统采集图像频率为1Hz。通过材料试验机记录的载荷值及DIC系统记录的全场位移，计算得到应力-应变曲线、拉伸强度、0．05%～0．25%应变下的拉伸模量、断裂伸长率及泊松比。泊松比为虚拟应变计区域中纬向应变与经向应变的比值。图3带有DIC系统的拉伸试验装置Fig．3Experimentalset-upfortensiletestswithaDICsystem2实验结果及分析实验中，所有试样均在工作区段发生失效。4种正交三向复合材料典型试样的应力-应变曲线见图4。从图4可看出，4种复合材料的加载失效过程均表现出了良好的线性，失效应变范围为1．8%～2．0%。4种正交三向复合材料拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率和泊松比的平均值及拉伸性能柱状图见表2和图5。通过比较发现，复合材料的拉伸强度和模量由大到小依次为经纬纱为炭纤维，Z向纱为芳纶纤维的混杂复合材料、非混杂炭纤维复合材料、经纬纱间隔排列芳纶纤维与炭纤维的混杂复合材料、非混杂芳纶纤维复合材料。2种混杂复合材料的断裂伸长率和泊松比相近，非混杂炭纤维和非混杂芳纶纤维复合材料泊松比相近，但断裂伸长率后者为4种材料中最高。图44种正交三向复合材料典型应力-应变曲线Fig．4Typicalstress-straincurvesforfourkindsof3Dorthogonalcomposites表24种复合材料经向拉伸性能平均值Table2Warpdirectiontensilepropertiesaveragevaluesoffourtypesofcomposites复合材料拉伸强度/MPa拉伸模量/GPa断裂伸长率/%泊松比HZK1027．7950．171．870．042HCK735．9938．561．850．043NHC
拟应变计，用来获取该区域的平均应变［14］。图2制斑后试样Fig．2Couponsafterspottedspeckles利用岛津250kN万能材料试验机和DIC测试系统进行拉伸试验(见图3)，试验机夹头加载速率为2mm/min，DIC测试系统采集图像频率为1Hz。通过材料试验机记录的载荷值及DIC系统记录的全场位移，计算得到应力-应变曲线、拉伸强度、0．05%～0．25%应变下的拉伸模量、断裂伸长率及泊松比。泊松比为虚拟应变计区域中纬向应变与经向应变的比值。图3带有DIC系统的拉伸试验装置Fig．3Experimentalset-upfortensiletestswithaDICsystem2实验结果及分析实验中，所有试样均在工作区段发生失效。4种正交三向复合材料典型试样的应力-应变曲线见图4。从图4可看出，4种复合材料的加载失效过程均表现出了良好的线性，失效应变范围为1．8%～2．0%。4种正交三向复合材料拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率和泊松比的平均值及拉伸性能柱状图见表2和图5。通过比较发现，复合材料的拉伸强度和模量由大到小依次为经纬纱为炭纤维，Z向纱为芳纶纤维的混杂复合材料、非混杂炭纤维复合材料、经纬纱间隔排列芳纶纤维与炭纤维的混杂复合材料、非混杂芳纶纤维复合材料。2种混杂复合材料的断裂伸长率和泊松比相近，非混杂炭纤维和非混杂芳纶纤维复合材料泊松比相近，但断裂伸长率后者为4种材料中最高。图44种正交三向复合材料典型应力-应变曲线Fig．4Typicalstress-straincurvesforfourkindsof3Dorthogonalcomposites表24种复合材料经向拉伸性能平均值Table2Warpdirectiontensilepropertiesaveragevaluesoffourtypesofcomposites复合材料拉伸强度/MPa拉伸模量/GPa断裂伸长率/%泊松比HZK1027．7950．171．870．042HCK735．9938．561．850．043NHC
本文编号：3000025
【文章来源】：固体火箭技术. 2017,40(01)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
正交三向织物结构示意图
拟应变计，用来获取该区域的平均应变［14］。图2制斑后试样Fig．2Couponsafterspottedspeckles利用岛津250kN万能材料试验机和DIC测试系统进行拉伸试验(见图3)，试验机夹头加载速率为2mm/min，DIC测试系统采集图像频率为1Hz。通过材料试验机记录的载荷值及DIC系统记录的全场位移，计算得到应力-应变曲线、拉伸强度、0．05%～0．25%应变下的拉伸模量、断裂伸长率及泊松比。泊松比为虚拟应变计区域中纬向应变与经向应变的比值。图3带有DIC系统的拉伸试验装置Fig．3Experimentalset-upfortensiletestswithaDICsystem2实验结果及分析实验中，所有试样均在工作区段发生失效。4种正交三向复合材料典型试样的应力-应变曲线见图4。从图4可看出，4种复合材料的加载失效过程均表现出了良好的线性，失效应变范围为1．8%～2．0%。4种正交三向复合材料拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率和泊松比的平均值及拉伸性能柱状图见表2和图5。通过比较发现，复合材料的拉伸强度和模量由大到小依次为经纬纱为炭纤维，Z向纱为芳纶纤维的混杂复合材料、非混杂炭纤维复合材料、经纬纱间隔排列芳纶纤维与炭纤维的混杂复合材料、非混杂芳纶纤维复合材料。2种混杂复合材料的断裂伸长率和泊松比相近，非混杂炭纤维和非混杂芳纶纤维复合材料泊松比相近，但断裂伸长率后者为4种材料中最高。图44种正交三向复合材料典型应力-应变曲线Fig．4Typicalstress-straincurvesforfourkindsof3Dorthogonalcomposites表24种复合材料经向拉伸性能平均值Table2Warpdirectiontensilepropertiesaveragevaluesoffourtypesofcomposites复合材料拉伸强度/MPa拉伸模量/GPa断裂伸长率/%泊松比HZK1027．7950．171．870．042HCK735．9938．561．850．043NHC
拟应变计，用来获取该区域的平均应变［14］。图2制斑后试样Fig．2Couponsafterspottedspeckles利用岛津250kN万能材料试验机和DIC测试系统进行拉伸试验(见图3)，试验机夹头加载速率为2mm/min，DIC测试系统采集图像频率为1Hz。通过材料试验机记录的载荷值及DIC系统记录的全场位移，计算得到应力-应变曲线、拉伸强度、0．05%～0．25%应变下的拉伸模量、断裂伸长率及泊松比。泊松比为虚拟应变计区域中纬向应变与经向应变的比值。图3带有DIC系统的拉伸试验装置Fig．3Experimentalset-upfortensiletestswithaDICsystem2实验结果及分析实验中，所有试样均在工作区段发生失效。4种正交三向复合材料典型试样的应力-应变曲线见图4。从图4可看出，4种复合材料的加载失效过程均表现出了良好的线性，失效应变范围为1．8%～2．0%。4种正交三向复合材料拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率和泊松比的平均值及拉伸性能柱状图见表2和图5。通过比较发现，复合材料的拉伸强度和模量由大到小依次为经纬纱为炭纤维，Z向纱为芳纶纤维的混杂复合材料、非混杂炭纤维复合材料、经纬纱间隔排列芳纶纤维与炭纤维的混杂复合材料、非混杂芳纶纤维复合材料。2种混杂复合材料的断裂伸长率和泊松比相近，非混杂炭纤维和非混杂芳纶纤维复合材料泊松比相近，但断裂伸长率后者为4种材料中最高。图44种正交三向复合材料典型应力-应变曲线Fig．4Typicalstress-straincurvesforfourkindsof3Dorthogonalcomposites表24种复合材料经向拉伸性能平均值Table2Warpdirectiontensilepropertiesaveragevaluesoffourtypesofcomposites复合材料拉伸强度/MPa拉伸模量/GPa断裂伸长率/%泊松比HZK1027．7950．171．870．042HCK735．9938．561．850．043NHC
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