CF/PPS复合材料高温压缩性能和冲击损伤模式分析

发布时间：2021-10-27 09:02

　　高性能热塑性复合材料因其具有良好的耐热性、较高的断裂韧性、优异的冲击损伤容限以及易成型和可循环利用而成为大型客机次承力构件的首选材料,其耐热性的优势使得其常被用于某些具有特殊温度需求的零部件之上（如发动机面板）,但此时热塑性复合材料势必会承受温度和机械载荷的耦合作用,从而大大增加了其结构评价和失效分析的复杂性。虽然目前针对高温环境下热塑性复合材料力学性能的研究已经开展了部分工作,但受相关理论发展不充分以及研究经验少的限制,有关热塑性复合材料的高温力学性能退化机制和失效机理尚未明确,尤其是针对可产生复杂破坏模式的压缩和冲击载荷工况。为此本文采用试验、理论和数值分析方法对机织碳纤维增强聚苯硫醚复合材料（CF/PPS）高温压缩性能和冲击损伤模式进行分析,其重点在于分析高温环境下CF/PPS复合材料的力学性能退化本质和不同尺度下损伤模式,进而为其在高温环境下的应用提供数据积累和技术参考。本文首先采用差示扫描量热分析仪（DSC）和动态热机械分析仪（DMA）对CF/PPS复合材料的热性能进行研究,分析其相变转化过程及模量随温度的变化规律,并根据材料的玻璃化温度确定试验温度。分别对CF/PPS复合材... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：153 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 热塑性复合材料的压缩损伤模式研究
        1.2.2 热塑性复合材料的开孔压缩损伤模式研究
        1.2.3 热塑性复合材料的低速冲击损伤模式研究
        1.2.4 热塑性复合材料压缩和低速冲击行为的理论和数值方法
    1.3 存在的主要问题
    1.4 本文主要研究内容
第2章 CF/PPS复合材料高温压缩损伤模式分析
    2.1 引言
    2.2 CF/PPS复合材料材料的压缩试验件及试验方法
        2.2.1 压缩试验件
        2.2.2 压缩试验方法
    2.3 CF/PPS复合材料的热性能研究
        2.3.1 热性能测试方法
        2.3.2 热性能测试结果
    2.4 CF/PPS复合材料的高温压缩力学响应研究
    2.5 温度对CF/PPS复合材料压缩损伤模式影响
        2.5.1 基体状态分析
        2.5.2 损伤模式分析
        2.5.3 局部损伤分析
    2.6 CF/PPS复合材料开孔试件高温压缩力学响应研究
    2.7 温度对CF/PPS复合材料开孔试件压缩损伤模式影响
        2.7.1 开孔压缩损伤模式分析
        2.7.2 孔边局部损伤分析
    2.8 CF/PPS复合材料高温压缩模量和压缩强度预报
        2.8.1 基于常规热力学模型的模量和强度预报结果
        2.8.2 考虑冷结晶现象的高温模量预报方法
    2.9 本章小结
第3章 CF/PPS复合材料高温压缩有限元分析
    3.1 引言
    3.2 CF/PPS复合材料的损伤模型
        3.2.1 材料损伤本构关系
        3.2.2 损伤准则及损伤演化
        3.2.3 材料剪切非线性
        3.2.4 界面损伤模型
    3.3 CF/PPS复合材料压缩有限元模型及有限元分析结果
        3.3.1 压缩有限元模型
        3.3.2 材料压缩行为的有限元分析结果
    3.4 CF/PPS复合材料开孔试件极限承载能力的影响因素分析
    3.5 本章小结
第4章 室温环境下CF/PPS复合材料的冲击损伤模式分析
    4.1 引言
    4.2 室温环境下CF/PPS复合材料的低速冲击试验件及试验方法
        4.2.1 冲击试验件
        4.2.2 低速冲击试验方法
    4.3 室温环境下CF/PPS复合材料的冲击力学响应研究
        4.3.1 冲击能量对材料冲击力的影响
        4.3.2 冲击能量对材料冲头速度变化的影响
        4.3.3 冲击能量对材料吸能特性的影响
    4.4 冲击能量对CF/PPS复合材料冲击损伤模式影响
        4.4.1 冲击能量对凹痕深度的影响
        4.4.2 冲击能量对损伤形貌的影响
        4.4.3 冲击能量对损伤面积的影响
    4.5 室温环境下CF/PPS复合材料的低速冲击载荷计算
        4.5.1 基于Hertz接触理论的能量平衡方程
        4.5.2 冲击损伤耗能
        4.5.3 冲击载荷计算结果
    4.6 本章小结
第5章 CF/PPS复合材料高温环境冲击损伤模式分析
    5.1 引言
    5.2 高温环境下低速冲击试验件及试验方法
    5.3 CF/PPS复合材料高温环境低速冲击力学响应研究
        5.3.1 温度对冲击力的影响
        5.3.2 温度对冲头速度变化的影响
        5.3.3 温度对吸能特性的影响
    5.4 温度对CF/PPS复合材料冲击损伤模式影响
        5.4.1 温度对凹痕深度的影响
        5.4.2 温度对表面损伤形貌的影响
        5.4.3 温度对内部损伤形貌的影响
        5.4.4 温度对损伤面积的影响
    5.5 CF/PPS复合材料高温环境冲击载荷计算
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]宽体喷气式客机发展现状及趋势[J]. 陈黎,杨新军.  航空科学技术. 2014(08)
[2]高性能热塑性复合材料在大型客机结构件上的应用[J]. 张婷.  航空制造技术. 2013(15)
[3]浅谈纤维复合材料与中国大飞机[J]. 张兴金,邓忠林.  纤维复合材料. 2009(02)
[4]先进复合材料与航空航天[J]. 杜善义.  复合材料学报. 2007(01)

博士论文
[1]C/PPS复合材料成型工艺参数及高温典型力学行为分析[D]. 王时玉.哈尔滨工业大学 2018

硕士论文
[1]碳纤维织物增强聚苯硫醚基复合材料成型工艺及性能[D]. 姜正飞.东华大学 2014
[2]连续碳纤维增强聚苯硫醚层压复合材料制备及性能研究[D]. 陈旭清.华东理工大学 2013
[3]热塑性复合材料纤维铺放成型加热和冷却工艺技术研究[D]. 马岩.哈尔滨工业大学 2012



本文编号：3461284