论文摘要
随着复合材料的广泛应用,对材料使用的安全性都给予了极大的关注。碳纤维增强树脂基复合材料具有高比强度、高比刚度、抗疲劳、耐腐蚀、热膨胀系数小,成型工艺好等特点已成为应用的热点,由于聚合物基纤维复合材料有不少是在高温度环境的条件下加工,当体系温度降低时,会由于树脂和纤维的体积收缩不匹配而产生残余应力和应变,使材料的耐冲击性、疲劳强度、压缩强度等性能下降,甚至会引起材料的破坏。本文通过单丝电阻测量试验研究了单丝复合材料体系固化过程中纤维的轴向残余应力变化,用有限元模拟分析了单丝碳纤维固化冷缩阶段的残余应力,试验结果与模拟结果基本吻合。由于单丝电阻试验不易操作等原因,本文设计了新的应用单束纤维拉伸的方法监测单束复合材料体系在标准固化周期内的固化收缩对残余应力的影响,得到了纤维束拉力变化曲线,间接地监测到固化过程中残余应力发展的历程,可有效控制复合材料构件的固化残余应力的产生,对复合材料固化工艺的优化具有一定的指导意义。本文对纤维横向热残余应力的分析借鉴无限大弹性体压力隧洞模型思想,考虑纤维横向模量为EfT的弹性体,分析得出横向热残余应力在纤维和基体中的分布规律。在此基础上分析了多纤维之间的相互作用,得出纤维之间的局部残余应力分布。利用等效弹性体分析整体残余应力,经过Nastran有限元模拟,理论和数值模型基本一致。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题研究的目的和意义1.2 残余应力测量研究的国内外发展现状1.2.1 残余应力测量研究的国外概况1.2.2 残余应力测量研究的国内概况1.3 本文研究的主要内容第2章 碳纤维电阻实验与数值模拟2.1 引言2.2 碳纤维电阻测量实验基础2.3 电阻法监测残余应力实验研究2.3.1 单丝碳纤维电阻的应变响应实验研究2.3.2 单丝碳纤维电阻的温度响应实验研究2.3.3 纤维与树脂固化实验研究2.4 单丝碳纤维与树脂固化的数值模拟2.5 本章小结第3章 单束纤维拉伸法固化试验研究3.1 引言3.2 单束纤维拉伸法3.2.1 纤维拉伸法原理3.2.2 单束纤维拉伸法监测残余应力基础3.2.3 实验装置3.3 实验结果3.3.1 预紧纤维束松弛对监测的影响3.3.2 纤维束自身膨胀对监测的影响3.3.3 实验结果分析3.4 结果与讨论3.5 本章小结第4章 单丝横向残余应力分析4.1 引言4.2 轴对称弹性体受压模型4.2.1 压力隧洞模型4.2.2 静水压力模型4.3 复合材料横向热残余应力分析4.3.1 单纤维模型4.3.2 多纤维模型4.4 算例与结果分析4.4.1 单根纤维增强复合材料残余应力4.4.2 多纤维增强复合材料残余应力4.5 本章小结结论参考文献攻读学位期间发表的学术论文致谢
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