显微光弹性法对纤维增强树脂基复合材料界面残余应力的研究

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:janmey2007
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硼纤维/环氧树脂基复合材料是一种高性能的连续纤维增强复合材料,由于增强纤维和树脂基热膨胀系数以及弹性模量的差异,复合材料由高温冷却到室温的过程中,树脂基与纤维增强体界面附近的热残余应力场就会产生,此残余应力场会对复合材料的力学性能产生影响。本实验所用的硼纤维/环氧树脂基复合材料中硼纤维是按0°、90°的规律排列的,其本身的残余应力场是一个自平衡均匀的应力场,界面附近的应力状态复杂。  本文运用显微光弹性实验和纤维推出相结合的方法,在细观尺度上研究纤维增强树脂基复合材料界面处的热残余应力。首先,应用PJ20型光弹仪得到四点弯曲梁和对径受压圆盘的光弹图片,用Matlab对得到的四点弯曲梁图像进行处理并得到彩色条纹的RGB值和对应点的条纹级数N,然后应用BP神经网络对以上所得数据进行训练。在神经网络训练完成后,首先对梁本身并未用于训练的部分数据进行预测,其结果与理论值吻合良好。然后应用对径受压圆盘对所得神经网络进行验证,因为圆盘的对称性,取圆盘的一半为研究对象,可以得到其条纹级数的分布规律与理论值的分布规律大致相同。  最后将在透射偏光显微镜下得到硼纤维/环氧树脂基复合材料的光弹性图片运用于神经网络,这样可以得到纤维在推出前后条纹级数的变化规律。在纤维未推出时,两根纤维之间的树脂基条纹级数的分布规律是靠近两边增强纤维界面处的条纹级数较两根纤维中间部分的条纹级数要大,但是两根纤维界面处的条纹级数并不相同,中间部分条纹级数分布均匀。当同时推出两根相邻的纤维时,两根纤维之间树脂基的条纹级数都减小,但中间部分的条纹级数会比界面处的条纹级数稍大一些,且两根纤维界面处条纹级数比较接近,趋近于零。  最后是应用有限元软件ABAQUS对纤维增强树脂基复合材料界面的热残余应力场进行数值模拟,在数值模拟的结果中,选定某一截面取出截面上某一直线的应力值,进行计算得到两根纤维之间应力的曲线,与实验结果比较,可以得到其应力的规律与Matlab中得到的规律基本一致。  
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