混杂复合材料低速冲击力学性能实验研究

发布时间：2017-08-05 07:16

  本文关键词：混杂复合材料低速冲击力学性能实验研究

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【摘要】：由于纤维种类、混杂结构、混杂比例具有灵活的可设计性,纤维混杂复合材料会出现各种不同的混杂效果。纤维混杂复合材料既能保持单一纤维复合材料的某些性能优点,又能一定程度上消除复合材料力学性能的短板效应,将大大地扩展复合材料的应用范围。课题结合当前高性能纤维的发展,研究了两个类型的纤维混杂复合材料低速冲击性能,1.芳纶/超高分子量聚乙烯(Aramid/UHMWPE)混杂复合材料2.碳/芳纶(Carbon/Aramid)混杂复合材料,每类混杂复合材料均设计了两种层间混杂、两种夹芯混杂和层内混杂共五种混杂结构,对比不同混杂结构性能间的差异,优选性能优良的混杂结构,从实验角度为混杂复合材料抗冲击性能设计提供了理论依据。芳纶/UHMWPE纤维混杂复合材料具有更高的减重效率,通过落锤冲击实验评价了混杂结构、UHMWPE纤维混杂含量对其冲击载荷、冲击弹性应变能、冲击损伤形貌等抗冲击性能的影响。结果表明,芳纶/UHMWPE混杂复合材料层板载荷峰值均大于两种单一纤维复合材料层板,试样冲击正面与背面均为芳纶纤维的层间混杂层板冲击载荷峰值最大,冲击正面与背面均为UHMWPE纤维的混杂层板分层损伤严重；五种混杂结构层板吸收能量均小于单一纤维层板,而弹性应变能均大于单一纤维层板,芳纶/UHMWPE纤维混杂复合材料展现了良好冲击韧性。在冲击能量相近的情况下,层内混杂层板冲击后损伤面积最小；随着UHMWPE纤维混杂含量增加,冲击载荷峰值先增大后减小,当UHMWPE纤维混杂含量约为40%时,层间混杂复合材料层板冲击载荷峰值最大。对于碳／芳纶纤维混杂复合材料层板,本文探讨了其冲击载荷、韧性指数DI值、凹坑深度、内部损伤情况等冲击损伤形貌。结果表明,碳纤维层板具有最大的冲击载荷峰值,芳纶纤维层板冲击载荷峰值最小,混杂复合材料层板冲击载荷峰值介于两者之间,五种混杂结构碳／芳纶纤维混杂复合材料中,层间混杂复合材料展现了最大的载荷峰值。五种混杂复合材料具有较高的DI值,层间混杂复合材料层板DI值最大,表现出良好的冲击韧性。在冲击能量相近的情况下,五种混杂结构复合材料中,层间混杂层板冲击后损伤面积最小,展现了良好的冲击损伤阻抗。
【关键词】：复合材料 混杂复合材料 碳纤维 芳纶纤维 超高分子量聚乙烯纤维 冲击性能
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 学位论文的主要创新点3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 课题的研究背景9
• 1.2 国内外研究现状9-20
• 1.2.1 混杂复合材料研究现状9-11
• 1.2.2 碳纤维、芳纶纤维、UHMWPE纤维研究现状11-14
• 1.2.3 芳纶/UHMWPE纤维混杂复合材料冲击性能研究现状14-15
• 1.2.4 碳/芳纶纤维混杂复合材料冲击性能研究现状15-20
• 1.3 课题的目的和意义20
• 1.4 课题主要研究内容20-23
• 第二章 实验部分23-33
• 2.1 实验的仪器和原材料23-25
• 2.1.1 实验仪器23
• 2.1.2 纤维与织物23-25
• 2.2 混杂复合材料层合板制备25-29
• 2.2.1 层合板的设计25
• 2.2.2 RTM工艺流程25-27
• 2.2.3 具体设计参数27-29
• 2.2.3.1 芳纶/UHMWPE纤维混杂复合材料层合板参数27-28
• 2.2.3.2 碳/芳纶纤维混杂复合材料层合板参数28-29
• 2.3 平板冲击试验方法29-31
• (1) 试验标准29
• (2) 测试设备29
• (3) 试样制备29-31
• 2.4 分析测试仪器31-33
• 2.4.1 超景深三维显微系统-损伤形貌观测31
• 2.4.2 超声C扫描-无损检测31-32
• 2.4.3 便携式三坐标测量仪-测凹坑深度32-33
• 第三章 芳纶/UHMWPE纤维混杂复合材料冲击性能测试与分析33-41
• 3.1 冲击载荷-时间曲线33-35
• 3.2 冲击能量-时间曲线35-36
• 3.3 冲击损伤观测与分析36-40
• 3.4 小结40-41
• 第四章 碳/芳纶纤维混杂复合材料冲击性能测试与分析41-57
• 4.1 冲击载荷-时间曲线41-44
• 4.2 冲击能量-时间曲线44-45
• 4.3 冲击损伤观测与分析45-56
• 4.3.1 冲击凹坑深度测定45-49
• 4.3.2 冲击损伤形貌49-53
• 4.3.3 冲击损伤面积53-56
• 4.4 小结56-57
• 第五章 结论与不足57-59
• 5.1 结论57-58
• 5.2 不足58-59
• 参考文献59-63
• 发表论文和参加科研情况63-65
• 致谢65

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本文编号：623609