论文部分内容阅读
碳纤维增强复合材料(CFRP)具有优良的甚至独特的力学性能而被广泛地运用于航空、化工、汽车、造船等工业,但是由于其层合板结构铺层之间的强度较弱,裂纹很容易在纤维铺层之间产生和扩展.为了提高CFRP的层间强度,降低层间的分层破坏,提高材料的抗冲击损伤能力,使整体制造的成本降低,并达到减重的目的,论文系统研究了一种有效的目前重点发展的低成本成型制造技术—沿厚度方向增强的复合材料缝合技术和缝合后相应复合材料的力学性能,提出了一种面内性能略有降低而断裂性能较大幅度增加的波浪线缝合格式.首先,研究了缝合复合材料的相关缝合参数,通过预浸料铺层—热压罐技术实验室制备了2种不同缝合格式下的2种不同缝合密度的CFRP复合材料,并以C—SAM无损检测方法检验了制备质量,证明实验室缝合工艺是成熟的.其次,通过静态拉伸实验和3种不同加载速率(MTS静态实验、DROP-WEIGHT落锤冲击实验与SHPB动态实验)的三点弯曲实验,研究了不同缝合格式不同缝合密度的面内相关力学性能,首次完成了缝合CFRP复合材料的高加载速率下的动态三点弯曲实验.面内性能实验证明作者提出的波浪线缝合格式在缝合复合材料面内性能上的优势,并通过实验首次说明了缝合复合材料的弯曲性能对于加载速率是敏感的,随着加载速率的增加而减小,随后建立了缝合复合材料细观分析模型—椭圆模型,与试验结果有很好的吻合.再次,通过2种不同加载速率(MTS静态实验与SHPB动态实验)的Ⅰ型断裂实验系统研究了缝合复合材料的Ⅰ型断裂力学特性,前者采用DCB试样,后者采用WIF试样.通过3种不同加载速率(MTS静态实验、DROP-WEIGHT落锤冲击实验与SHPB动态实验)的Ⅱ型断裂实验系统研究了缝合复合材料的Ⅱ型断裂力学特性,实验采用ENF试样.最后,采用SEM实验方法,对缝合复合材料的微观形态及断裂形貌进行了显微镜观察,阐明了缝合CFRP复合材料的微观结构及其微观破坏机理.通过SEM照片发现了在缝合过程中,会造成碳纤维的断裂、部分纤维的波纹弯曲、基体的富集等缝合损伤.