碳纤维增强树脂基复合材料湿热环境下冲击损伤的研究

发布时间：2017-11-07 19:16

  本文关键词：碳纤维增强树脂基复合材料湿热环境下冲击损伤的研究

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【摘要】：碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)是一种高性能复合材料。与传统金属材料相比,具有比强度高、比刚度大、耐腐蚀性强、可设计性强等优势,因此广泛应用于各个生产设计领域。由于复合材料各向异性,力学性能沿纤维方向优于垂直纤维方向,因此在受到冲击时更容易产生损伤。复合材料实际服役环境较为复杂,且材料性能受湿热环境因素影响较大,因此对于复合材料冲击过程的研究需要考虑湿热影响。本文首先分析湿热环境下CFRP层合板理论模型;然后利用有限元软件,分别建立了CFRP层合板冲击模型、受热模型和吸湿模型;模拟分析不同冲击能量(20J、80J、130J、200J)、不同温度(20℃、80℃、120℃)、不同湿度(干态、1%、1.4%)下,CFRP层合板各层损伤模式和损伤面积,分析了不同湿热条件对CFRP层合板抗冲击性能的影响。本文计算不同温度、湿度条件下的层合板内部残余应力,结果表明温度的升高、吸湿率的增大,均会导致内部残余应力的增加,影响材料抗冲击性能。针对CFRP层合板冲击损伤的四个阶段,计算给出了不同湿热环境下层合板初始损伤阈值和失效阈值,保证了模拟所设定冲击能量的合理性。模拟单一温度和单一湿度情况下,层合板顶层、底层、应力最大层三层损伤情况:其损伤面积均随温度、湿度的升高而逐步增加,扩展趋势明显。相比单一温度或湿度影响,湿热耦合作用下的冲击损伤更为严重,损伤面积扩大数倍。尤其是高温高湿状态下,层合板抗冲击性能下降明显。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V258

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本文编号：1153753