超低温对T700碳纤维/环氧复合材料弯曲性能的影响
发布时间：2021-11-26 16:25
研究正交铺层的碳纤维增强环氧树脂基复合材料（CFRP）在超低温的环境下的弯曲性能和损伤破坏形式。对复合材料试样进行不同时间的液氧浸泡处理和不同次数的常温/液氧温度热循环处理来模拟液氧燃料贮箱使用工况,通过配有超低温试验装置的力学试验机研究CFRP在不同超低温条件处理前后的低温弯曲强度和弯曲模量的变化规律;采用扫描电子显微镜（SEM）对破坏前后试样的微观形貌进行分析。结果表明,经过液氧浸泡及常温/液氧温度热循环处理的CFRP的超低温弯曲强度和模量变化趋势基本一致,均随时间和循环次数的增加先下降后上升,这种变化规律与其超低温环境下材料的微观结构变化密切相关。结合CFRP破坏前后的宏观和微观结构特性以及微裂纹的扩展规律,揭示了正交铺层CFRP超低温弯曲性能变化的机理。
【文章来源】：宇航学报. 2016,37(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
常温/超低温循环装置及循环中的试样Fig．1Ｒoomtemperaturecryogeniccyclingdeviceandsamples
匝槭保?≡裎露群鸵貉?－183℃)相近且性能稳定的液氮(－196℃)来替代液氧作为低温介质使用。由于目前没有适用于低温测试的试验标准，本文根据室温试验标准GB/T1446－2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法进行弯曲试验，分析时采用线性初始失稳挠度，弯曲模量的计算公式如下:Ef=l3ΔP4bh3ΔS式中:Ef表示弯曲弹性模量，ΔP表示载荷－挠度曲线上初始直线段的载荷增量，ΔS表示与载荷增量ΔP对应的跨距中点处的挠度增量。试验设备为100kN的电液伺服试验机和可以浸泡在液氮中的三点弯曲试验装置，如图2所示。在进行超低温弯曲试验时，液氮完全淹没试样和夹具，试验过程均在液氮环境中完成，以保证试验的低温环境。试样进行常温弯曲试验和低温弯曲试验的图片如图3所示。图2电液伺服试验机和充满液氮的三点弯曲试验装置Fig．2Electro-hydraulicservotestingmachineandthree-pointbendingdevicefilledwithliquidnitrogen图3室温和低温弯曲试验Fig．3Bendingtestsatroomtemperatureandlowtemperature2结果和讨论由于液氧燃料贮箱是在液氧温度下长期工作，而复合材料长期在低温下的性能会发生较大变化，因此，需要研究不同浸泡时间对复合材料的损伤及低温力学性能的影响。同时液氧燃料贮箱服役时要承受超低温下的内外压作用，在装卸燃料时，还要承受温度和载荷的多次循环作用，所以需要了解不同常温/液氧温度热循环次数后的损伤情况及对弯曲性能的影响。采用扫描电子显微镜对低温处理及弯曲试验后的试样进行观察，根据不同处理条件下层620宇航学报第37卷
1446－2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法进行弯曲试验，分析时采用线性初始失稳挠度，弯曲模量的计算公式如下:Ef=l3ΔP4bh3ΔS式中:Ef表示弯曲弹性模量，ΔP表示载荷－挠度曲线上初始直线段的载荷增量，ΔS表示与载荷增量ΔP对应的跨距中点处的挠度增量。试验设备为100kN的电液伺服试验机和可以浸泡在液氮中的三点弯曲试验装置，如图2所示。在进行超低温弯曲试验时，液氮完全淹没试样和夹具，试验过程均在液氮环境中完成，以保证试验的低温环境。试样进行常温弯曲试验和低温弯曲试验的图片如图3所示。图2电液伺服试验机和充满液氮的三点弯曲试验装置Fig．2Electro-hydraulicservotestingmachineandthree-pointbendingdevicefilledwithliquidnitrogen图3室温和低温弯曲试验Fig．3Bendingtestsatroomtemperatureandlowtemperature2结果和讨论由于液氧燃料贮箱是在液氧温度下长期工作，而复合材料长期在低温下的性能会发生较大变化，因此，需要研究不同浸泡时间对复合材料的损伤及低温力学性能的影响。同时液氧燃料贮箱服役时要承受超低温下的内外压作用，在装卸燃料时，还要承受温度和载荷的多次循环作用，所以需要了解不同常温/液氧温度热循环次数后的损伤情况及对弯曲性能的影响。采用扫描电子显微镜对低温处理及弯曲试验后的试样进行观察，根据不同处理条件下层620宇航学报第37卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯-多壁碳纳米管协同增强环氧树脂复合材料的低温力学性能[J]. 沈小军,孟令轩,付绍云. 复合材料学报. 2015(01)
[2]超低温处理对T700碳纤维/环氧复合材料拉—压疲劳性能的影响[J]. 刘新,武湛君,蔡永超,王海瑞. 宇航学报. 2014(07)
[3]复合材料贮箱在航天飞行器低温推进系统上的应用与关键技术[J]. 张辰威,张博明. 航空学报. 2014(10)
[4]航天器力学环境分析与条件设计研究进展[J]. 马兴瑞,韩增尧,邹元杰,丁继锋. 宇航学报. 2012(01)
[5]大尺寸CFRP固体火箭发动机壳体湿法缠绕用树脂配方研制[J]. 邓杰,成敏苏. 宇航学报. 2010(02)
[6]可重复使用运载器复合材料低温贮箱应用研究[J]. 于建,晏飞. 火箭推进. 2009(06)
[7]超低温复合材料的研究进展[J]. 王嵘,郝春功,杨娇萍,张雄军,付绍云,王继辉. 化工新型材料. 2007(07)
[8]纤维增强聚合物基复合材料的低温性能[J]. 刘康,汪荣顺,石玉美,顾安忠. 低温工程. 2006(05)
[9]星箭力学环境分析与试验技术研究进展[J]. 马兴瑞,于登云,韩增尧,邹元杰. 宇航学报. 2006(03)
本文编号：3520520
【文章来源】：宇航学报. 2016,37(05)北大核心EICSCD
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【部分图文】：
常温/超低温循环装置及循环中的试样Fig．1Ｒoomtemperaturecryogeniccyclingdeviceandsamples
匝槭保?≡裎露群鸵貉?－183℃)相近且性能稳定的液氮(－196℃)来替代液氧作为低温介质使用。由于目前没有适用于低温测试的试验标准，本文根据室温试验标准GB/T1446－2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法进行弯曲试验，分析时采用线性初始失稳挠度，弯曲模量的计算公式如下:Ef=l3ΔP4bh3ΔS式中:Ef表示弯曲弹性模量，ΔP表示载荷－挠度曲线上初始直线段的载荷增量，ΔS表示与载荷增量ΔP对应的跨距中点处的挠度增量。试验设备为100kN的电液伺服试验机和可以浸泡在液氮中的三点弯曲试验装置，如图2所示。在进行超低温弯曲试验时，液氮完全淹没试样和夹具，试验过程均在液氮环境中完成，以保证试验的低温环境。试样进行常温弯曲试验和低温弯曲试验的图片如图3所示。图2电液伺服试验机和充满液氮的三点弯曲试验装置Fig．2Electro-hydraulicservotestingmachineandthree-pointbendingdevicefilledwithliquidnitrogen图3室温和低温弯曲试验Fig．3Bendingtestsatroomtemperatureandlowtemperature2结果和讨论由于液氧燃料贮箱是在液氧温度下长期工作，而复合材料长期在低温下的性能会发生较大变化，因此，需要研究不同浸泡时间对复合材料的损伤及低温力学性能的影响。同时液氧燃料贮箱服役时要承受超低温下的内外压作用，在装卸燃料时，还要承受温度和载荷的多次循环作用，所以需要了解不同常温/液氧温度热循环次数后的损伤情况及对弯曲性能的影响。采用扫描电子显微镜对低温处理及弯曲试验后的试样进行观察，根据不同处理条件下层620宇航学报第37卷
1446－2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法进行弯曲试验，分析时采用线性初始失稳挠度，弯曲模量的计算公式如下:Ef=l3ΔP4bh3ΔS式中:Ef表示弯曲弹性模量，ΔP表示载荷－挠度曲线上初始直线段的载荷增量，ΔS表示与载荷增量ΔP对应的跨距中点处的挠度增量。试验设备为100kN的电液伺服试验机和可以浸泡在液氮中的三点弯曲试验装置，如图2所示。在进行超低温弯曲试验时，液氮完全淹没试样和夹具，试验过程均在液氮环境中完成，以保证试验的低温环境。试样进行常温弯曲试验和低温弯曲试验的图片如图3所示。图2电液伺服试验机和充满液氮的三点弯曲试验装置Fig．2Electro-hydraulicservotestingmachineandthree-pointbendingdevicefilledwithliquidnitrogen图3室温和低温弯曲试验Fig．3Bendingtestsatroomtemperatureandlowtemperature2结果和讨论由于液氧燃料贮箱是在液氧温度下长期工作，而复合材料长期在低温下的性能会发生较大变化，因此，需要研究不同浸泡时间对复合材料的损伤及低温力学性能的影响。同时液氧燃料贮箱服役时要承受超低温下的内外压作用，在装卸燃料时，还要承受温度和载荷的多次循环作用，所以需要了解不同常温/液氧温度热循环次数后的损伤情况及对弯曲性能的影响。采用扫描电子显微镜对低温处理及弯曲试验后的试样进行观察，根据不同处理条件下层620宇航学报第37卷
【参考文献】：
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[1]石墨烯-多壁碳纳米管协同增强环氧树脂复合材料的低温力学性能[J]. 沈小军,孟令轩,付绍云. 复合材料学报. 2015(01)
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[8]纤维增强聚合物基复合材料的低温性能[J]. 刘康,汪荣顺,石玉美,顾安忠. 低温工程. 2006(05)
[9]星箭力学环境分析与试验技术研究进展[J]. 马兴瑞,于登云,韩增尧,邹元杰. 宇航学报. 2006(03)
本文编号：3520520
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