碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料残余热应力研究

发布时间：2023-09-17 12:55

　　碳纤维增强树脂基复合材料因其具有轻质、高强和可设计性强等优点而成为汽车轻量化的首选替代材料。片状模塑料(SMC)是利用添加各种助剂改性的树脂基体浸渍短切碳纤维得到制成成型复合材料前的中间材料。采用SMC制备的复合材料具有重复性好、表面光洁和成本低的优点,在汽车行业被广泛应用。双酚A型乙烯基酯树脂是一种由甲基丙烯酸与双酚A环氧树脂通过加成反应合成的高分子材料,由于其具有快速固化性能和低收缩性等优点,近年来被越来越多地应用在SMC的制备中。本研究采用SMC制备碳纤维增强乙烯基酯树脂复合材料(CF/VE),但CF/VE复合材料在固化成型的降温阶段会因为树脂与纤维的热性能不匹配产生残余热应力,将导致树脂基体压缩强度和疲劳强度降低、纤维屈曲、界面粘结强度变低和整体结构翘曲变形等不利结果。对CF/VE复合材料的变形进行分析,发现不同碳纤维体积分数的复合材料板在X方向和Y方向产生了0.1mm到0.7mm的翘曲变形。针对上述问题,本文采用有限元模拟法研究CF/VE复合材料残余热应力分布规律,用Raman光谱法研究纤维体积分数对残余热应力的影响规律,为CF/VE复合材料在汽车轻量化上的应用提供理论支持。...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的与意义
    1.2 CF/VE复合材料研究现状
        1.2.1 碳纤维增强复合材料应用现状
        1.2.2 短纤维增强复合材料应用现状
        1.2.3 CF/VE复合材料应用现状
    1.3 片状模塑料研究进展
        1.3.1 模压成型工艺简介
        1.3.2 SMC简介
    1.4 复合材料残余应力研究现状
        1.4.1 复合材料残余应力研究进展
        1.4.2 复合材料残余应力研究进展
        1.4.3 拉曼光谱研究复合材料残余应力
        1.4.4 残余应力对复合材料变形的影响
    1.5 本课题的主要研究内容
第2章 试验材料及方法
    2.1 试验材料
    2.2 数值模拟方法
        2.2.1 ABAQUS三维随机分布模型建立
        2.2.2 ANSYS热-结构耦合分析
    2.3 材料性能研究方法
        2.3.1 树脂热性能
        2.3.2 碳纤维单丝拉伸性能
        2.3.3 DMA测试
        2.3.4 拉曼测试
        2.3.5 翘曲测量
第3章 CF/VE复合材料的制备与性能
    3.1 引言
    3.2 CF/VE复合材料组分性能表征
        3.2.1 乙烯基酯树脂的热性能
        3.2.2 碳纤维单丝的拉伸性能
    3.3 CF/VE复合材料的制备
        3.3.1 树脂基体体系选择
        3.3.2 SMC中间材料
        3.3.3 CF/VE复合材料板的制备
    3.4 CF/VE复合材料变形分析
    3.5 本章小结
第4章 CF/VE残余热应力有限元分析
    4.1 引言
    4.2 残余热应力分析的数学建模
        4.2.1 热传导模型
        4.2.2 细观力学模型
    4.3 三维随机分布模型的建立
        4.3.1 纤维空间位置的判断
        4.3.2 随机分布短切纤维生成算法
        4.3.3 实体单胞参数化建模
        4.3.4 有限元网格划分
        4.3.5 周期性边界条件
    4.4 CF/VE复合材料残余热应力有限元分析
    4.5 本章小结
第5章 CF/VE残余热应力拉曼光谱分析
    5.1 引言
    5.2 碳纤维应力-频移关系的研究
        5.2.1 碳纤维结构的拉曼光谱表征
        5.2.2 微加载装置
        5.2.3 微加载试样制备
        5.2.4 碳纤维单丝的应力-频移关系
    5.3 CF/VE复合材料残余热应力分析
        5.3.1 拉曼光谱荧光效应
        5.3.2 拉曼光谱法表征复合材料残余热应力
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3847465