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含分层缺陷层合板分层疲劳性能的试验研究

作　者: 陈春露
导　师: 刘文博
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 复合材料层合板 分层疲劳 加载位移 分层尺寸 厚度位置
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


复合材料层合板在服役环境下,反复作用的疲劳载荷使其容易发生分层疲劳损伤,使其结构在低于设计值时发生破坏,影响其作为主承力构件的使用性能。故研究复合材料层合板在疲劳载荷下的分层疲劳扩展性能具有十分重要的工程意义。首先优化了复合材料板的制备工艺,制备出符合要求的带预埋分层缺陷的复合材料单向板和层合板。对单向板和层合板进行了一系列层间性能测试,并分别对单向板和层合板进行了静压缩性能测试和模拟,确定单向板和层合板局部屈曲和整体屈曲时的加载位移。比较单向板和层合板静压缩性能,可得:单向板的局部屈曲和整体屈曲载荷均高于层合板;而单向板的局部屈曲和整体屈曲加载位移均低于层合板。这是单向板沿轴方向的模量比层合板高得多的必然结果。由测得的层合板局部屈曲和整体屈曲加载位移,确定分层疲劳试验加载位移。含相同25mm×25mm大小,1/10厚度位置处预埋分层缺陷的试样在0.5mm、0.4mm、0.3mm加载位移下的a-N曲线变化趋势基本一致,随着加载位移的增加,分层起始扩展更加容易,能扩展得更长;含相同25mm×25mm大小,1/10、2/10、3/10厚度位置处预埋分层缺陷的试样在相同的加载位移0.4mm下的a-N曲线变化趋势基本一致,随着预埋分层缺陷厚度位置的增加,分层起始扩展更加容易,能扩展得更长;含相同1/10厚度位置处,15mm×25mm、20mm×25mm、25mm×25mm大小预埋分层缺陷试样在相同0.4mm加载位移下的a-N曲线变化趋势基本一致,随着预埋分层缺陷尺寸的减小,分层起始扩展更加容易,并且不同尺寸下分层扩展趋于同一稳定长度。用扫描电镜观测试样的分层疲劳破坏表面,能清晰地看到由分层疲劳扩展产生的微裂纹、纤维断裂及压-压疲劳留在基体的痕迹。通过以上研究,可初步制定分层疲劳许用容限,以期指导结构件成型工艺,为复合材料层合板在航空航天上的应用提供一定的理论支持。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外研究进展  10-17
    1.2.1 分层疲劳扩展模型  10-15
    1.2.2 分层疲劳扩展模拟  15
    1.2.3 分层疲劳试验研究  15-16
    1.2.4 分层疲劳表征  16-17
  1.3 课题研究的主要内容和意义  17-19
第2章 含分层缺陷试样的制备  19-27
  2.1 原材料  19-20
    2.1.1 基体  19
    2.1.2 增强体  19-20
  2.2 含预埋分层缺陷板的制备  20-24
    2.2.1 单向板的制备  20-22
    2.2.2 层合板的制备  22-24
  2.3 试样制备  24-26
    2.3.1 缺陷位置确定  24-25
    2.3.2 试样切割  25
    2.3.3 试样制备  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 层间性能及静压缩测试  27-41
  3.1 层间性能测试  27-33
    3.1.1 层间拉伸强度  27-28
    3.1.2 层间剪切强度  28-30
    3.1.3 Ⅰ型断裂韧性  30-32
    3.1.4 Ⅱ型断裂韧性  32-33
  3.2 静压缩测试  33-40
    3.2.1 单向板静压缩性能  34-38
    3.2.2 层合板静压缩性能  38-40
    3.2.3 单向板和层合板静压缩性能比较  40
  3.3 本章小结  40-41
第4章 层合板分层疲劳性能测试  41-59
  4.1 加载位移对分层疲劳性能的影响  42-48
    4.1.1 加载位移0.5mm  42-44
    4.1.2 加载位移0.4mm  44-46
    4.1.3 加载位移0.3mm  46
    4.1.4 加载位移0.2mm  46-47
    4.1.5 不同加载位移的比较  47-48
  4.2 分层厚度位置对分层疲劳性能的影响  48-53
    4.2.1 1/10 厚度位置处  48-50
    4.2.2 2/10 厚度位置处  50-51
    4.2.3 3/10 厚度位置处  51-52
    4.2.4 不同分层厚度位置的比较  52-53
  4.3 分层尺寸对分层疲劳性能的影响  53-56
    4.3.1 分层尺寸为15mm×25mm  53-54
    4.3.2 分层尺寸为20mm×25mm  54-55
    4.3.3 分层尺寸为25mm×25mm  55
    4.3.4 不同分层尺寸的比较  55-56
  4.4 分层表面破坏形貌  56-57
  4.5 本章小结  57-59
结论  59-60
参考文献  60-65
攻读硕士学位期间发表的学术论文  65-67
致谢  67

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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 > 非金属复合材料
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