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层合板复合材料层间断裂韧性的提高研究

作　者: 王广峰
导　师: 王瑞；郭兴峰
学　校: 天津工业大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 复合材料层合板 层间断裂韧性 缝合工艺 双悬臂梁 DCB 测试与评价
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要


本文分析了织物增强复合材料层合板的力学性能特点，针对织物增强复合材料层合板层间强度低及层间断裂韧性差的缺点，从层间破坏机理出发论述了提高及改善织物增强复合材料层合板层间强度及层间断裂韧性的几种方法与途径：三维织物增强复合材料、缝合式层间增强复合材料、稀疏织物增强复合材料、层间增韧式复合材料各自的优势与特点，并对层间强度的测试与评价方法进行了分析与探讨。在上述研究的基础上，重点对改善织物增强复合材料层合板层间断裂韧性的缝合方法及其效果，从理论及实验两个方面进行了研究。 在缝合式层间强度的提高研究中，从断裂力学的角度，采用作为层间裂纹扩展阻力的能量释放率来评价层合板复合材料的层间断裂韧性。以提高层合板复合材料的层间断裂韧性（能量释放率）为目标，采用中碱玻璃布为增强材料，对叠层后的玻璃布，采用凯芙拉缝合线、改进的锁型缝合方法、不同的缝合工艺进行了缝合；基体采用的是不饱和树脂，固化剂为过氧化甲乙酮，促进剂为环烷酸钴液；在室温下采用真空辅助RTM（Resign Transfer Molding）成型固化方法，制作了不同缝合工艺的玻璃布增强复合材料层合板。在实测不同缝合工艺层合板复合材料层间断裂韧性(GIC)的基础上，分析、阐明了不同缝合工艺对层间断裂韧性(GIC)的影响。试验是依据现行的ASTM标准，并对测试夹具、试片的形状尺寸等进行了适当改进，参照ASTM及JIS标准中的数据处理与计算方法测试、评价了不同缝合工艺层合板复合材料的层间断裂韧性值(GIC)。 试验中采用改进的插入型夹具、双悬臂梁DCB（Double Cantilever Beam）试验方法，测试了载荷—试样开口位移曲线，依据改进的柔度梁方法（Modified Compliance Calibration Method（MCC））计算出了各个试样的层间断裂韧性（R曲线）及层间断裂韧性的平均值，阐明了缝合工艺参数与层间断裂韧性(GIC)间的关系，以拉伸与弯曲强度为约束条件，以层间断裂韧性值为目标优化了缝合工艺。研究表明，合适的缝合工艺，在不明显影响拉伸与弯曲性能的前提下，可显著地提高合板复合材料的层间层间断裂韧性。

全文目录


第一章 绪论  7-12
  1.1 复合材料的种类与用途  7-8
  1.2 层合板复合材料的特点及存在问题  8-9
  1.3 国内外研究现状  9-10
  1.4 本课题的研究内容与意义  10-12
    1.4.1 本课题的研究内容  10-11
    1.4.2 本课题的研究意义  11-12
第二章 层合板复合材的层间破坏形式  12-17
  2.1 分层破坏的主要形式  12-13
  2.2 分层形成的原因与控制  13-15
    2.2.1 分层的形成原因  13-14
    2.2.2 分层的控制  14-15
  2.3 分层的无损检测  15-16
  2.4 小结  16-17
第三章 层合板复合材料层间强度的改善方法  17-22
  3.1 三维织物增强复合材料  17-18
  3.2 层间增韧式复合材料  18
  3.3 稀疏织物增强复合材料  18-19
  3.4 缝合式层间增强复合材料  19-21
  3.5 小结  21-22
第四章 层合板复合材料层间强度的评价方法  22-30
  4.1 复合材料力学性能的试验现状及存在问题  22-24
    4.1.1 国内外试验现状  22-23
    4.1.2 存在问题  23
    4.1.3 解决途径  23-24
  4.2 层合板复合材料层间强度的评价方法  24-28
    4.2.1 品字梁法层间剪切试验  25
    4.2.2 三点弯曲短梁法层间剪切试验  25-26
    4.2.3 双切口拉伸/压缩法层间剪切试验  26-27
    4.2.4 双悬臂梁(DCB)法层间断裂韧性试验  27-28
  4.3 小结  28-30
第五章 缝合层合板及其层间断裂韧性的测试与评价  30-52
  5.1 原材料及试样的制备  30-34
    5.1.1 材料和试样  30-31
    5.1.2 缝合工艺  31-33
    5.1.3 真空辅助RTM复合固化  33-34
  5.2 试验夹具和试片的改进设计  34-35
  5.3 试验方法与试验方案设计  35-37
    5.3.1 DCB层间断裂韧性试验  35-36
    5.3.2 拉伸试验  36
    5.3.3 弯曲试验  36-37
  5.4 结果与分析  37-51
    5.4.1 数据处理方法  37-40
    5.4.2 DCB层层间断裂韧性试验结果与分析  40-45
    5.4.3 分层断裂面的形貌观察  45-46
    5.4.4 试样的R曲线(Resistance Curve)  46-47
    5.4.5 缝合密度与层间断裂韧性间的关系  47
    5.4.6 拉伸试验结果与分析  47-49
    5.4.7 弯曲试验结果与分析  49-50
    5.4.8 缝合工艺的优化  50-51
  5.5 小结  51-52
第六章 结论与展望  52-54
  6.1 结论  52-53
  6.2 缝合层合板的应用展望  53-54
参考文献  54-58
致谢  58-59
附录一  59-60
附录二  60

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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