碳纤维层合板面内压缩强度研究

发布时间：2017-05-24 07:04

  本文关键词：碳纤维层合板面内压缩强度研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳纤维增强层合板作为具有高比强度,高比模量的材料能够很好地成为满足工业关于减重,降耗要求的理想结构材料。碳纤维最初在航空航天得到大规模应用,随着生产成本的下降,目前也越来越多地应用在体育器材,汽车等领域。二维机织复合材料层合板是由具有双向增强性能的纤维编织而成的,它不同于单向单层板组合成的层合板。它的最大特点就是双向增强,这使得单层板在相互垂直的两个方向得到很好的增强。本文从理论和静动态实验方面对由0/90°缎纹编织纤维布和±45°斜纹编织纤维布按照[0/45/-45/90/90/-45/45/0]8合成的层合板的面内强度进行了理论预测和静动态实验研究,主要得出了以下结论:(1)基于经典层合板理论,由0/90°缎纹编织纤维布和±45°斜纹编织纤维布按照[0/45/-45/90/90/-45/45/0]8合成的层合板,预测其杨氏模量随着转角变化不大,说明这种层合板在各个方向上的杨氏模量接近。面内剪切模量对层合板的面内杨氏模量影响不大。按照这种设计方法制备出来的层合板的强度在各个方向上没有明显的弱点。(2)本文所用的层合板面内压缩模量随着加载角度,从30°到60°再到90°逐渐增大。静态破坏强度也随着角度增加而增加,但破坏应变变化不大。(3)层合板在承受动态冲击压缩载荷时,30°和90°试件的面内初始模量随着应变率的增加而增加,60°试件的初始模量则没有发现明显的应变率效应。三个方向的复合材料层合板的破坏强度有着明显的正应变率效应。(4)高速摄影研究发现,试件破坏起始有三种模式:从支撑端的劈裂开始,从冲击端的劈裂开始和纤维层整体屈曲。无论碳纤维增强复合材料层合板的破坏以哪种方式开始,整个破坏过程中都可以观察到层间劈裂,纤维层屈曲,纤维层折断等现象。(5)对比静态和动态加载实验曲线发现,动态压缩加载时破坏应变明显小于静态压缩加载时的破坏应变,但动态加载时的破坏强度与静态加载时破坏强度的关系比较复杂。
【关键词】：层合板 面内强度 SHPB 加载角 应变率效应
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 碳纤维层合板力学性能研究进展10-21
• 1.2.1 碳纤维10-12
• 1.2.2 单向板12-13
• 1.2.3 碳纤维布13-18
• 1.2.4 层合板18-19
• 1.2.5 层合板的力学性能19-21
• 1.3 本文主要工作21-23
• 第二章 层合板的强度和刚度理论分析23-37
• 2.1 正交各向异性材料23-24
• 2.2 层合板的假设24-25
• 2.3 单层板的强度25-30
• 2.3.1 平面应力状态下单层复合材料的应力应变关系25
• 2.3.2 单层材料任意方向的应力—应变关系25-28
• 2.3.3 单层复合材料强度理论28-30
• 2.4 层合板的强度30-37
• 2.4.1 层合板的弹性模量公式推导30-32
• 2.4.2 层合板任意方向的弹性模量转轴公式32-33
• 2.4.3 层合板强度的理论计算33-34
• 2.4.4 层合板的层间应力分析34-35
• 2.4.5 层合板刚度的宏观力学分析35-37
• 第三章 静态压缩载荷下的层合板面内强度实验研究37-44
• 3.1 试件制备与实验方法37-39
• 3.2 静态压缩实验研究39-43
• 3.2.1 杨氏模量40-41
• 3.2.2 破坏强度41
• 3.2.3 静态压缩下的破坏过程41-43
• 3.3 静态压缩实验结果分析43-44
• 第四章 动态冲击压缩载荷下的层合板面内强度实验研究44-60
• 4.1 SHPB实验技术44-46
• 4.2 动态压缩实验研究46-50
• 4.3 动态压缩过程的高速摄影研究50-58
• 4.4 动态压缩实验结果分析58-60
• 第五章 结论与展望60-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文66

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