低能量冲击对含孔隙CFRP层合板力学性能的影响研究

论文摘要

本文主要研究了孔隙形貌特征,孔隙率对CFRP层合板力学性能的影响,低能量冲击对CFRP层合板损伤程度的影响,低能量冲击对冲击后CFRP层合板力学性能的影响以及含孔隙CFRP层合板受低能量冲击有限元模拟。研究结果表明,随着孔隙率的增加,孔隙平均长度、平均宽度、平均长宽比、平均面积均要增大。小孔隙率的孔隙主要分布在树脂富余区域和纤维束之间,彼此相互分离,形状以球形、长宽比较小的椭球形为主,大孔隙率的孔隙主要分布在层间界面、纤维束和树脂富余区,且彼此距离比较近,甚至有的连在一起。形状为球形,长宽比较大的椭球形,拉长形和扁平盘形孔隙。随着孔隙率的增加,层合板的力学性能均有所下降。随着冲击能量的增加,层合板的损伤程度越来越严重,层合板的力学性能越来越差。当层合板受相同能量冲击时,孔隙率越大,冲击损伤破坏的程度就越大,材料的力学性能就越差。有限元模拟了层合板的受冲击过程,模拟了层合板各层的Von Mises应力分布情况,发现层合板各层的破坏情况跟该层的铺层顺序有关,模拟了孔隙对层合板受冲击性能的影响,孔隙附近出现了严重的应力集中现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究的目的与意义
• 1.3 国内外孔隙的研究现状
• 1.3.1 孔隙的概念
• 1.3.2 孔隙的形成机理
• 1.3.3 孔隙率检测及孔隙形貌的分析方法
• 1.3.4 孔隙对纤维/树脂基复合材料静态力学性能的影响
• 1.4 国内外复合材料冲击性能的研究现状
• 1.4.1 冲击的概念
• 1.4.2 复合材料冲击机理研究现状
• 1.4.3 抗冲击性能的研究
• 1.4.4 冲击损伤检测研究现状
• 1.5 复合材料冲击模拟研究现状
• 1.6 本文主要研究内容
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 CFRP 层合板制备
• 2.1.1 工装准备
• 2.1.2 纤维布裁剪与铺叠
• 2.1.3 装真空袋
• 2.1.4 热压固化
• 2.1.5 出罐
• 2.1.6 脱模
• 2.2 孔隙率范围的检测
• 2.3 孔隙形貌特征的分析
• 2.4 常温环境下层压板力学性能测试
• 2.4.1 常温环境下拉伸强度试验
• 2.4.2 拉伸试验后孔隙形貌特征变化
• 2.4.3 断口形貌特征分析
• 2.4.4 常温环境下弯曲强度试验与冲击后剩余强度测量
• 2.4.5 弯曲试验后孔隙形貌特征变化
• 2.4.6 断口形貌特征分析
• 2.5 常温环境下低能量冲击试验
• 2.5.1 试验设备
• 2.5.2 冲击试验准备以及步骤
• 2.5.3 冲击损伤检测
• 第3章 常温环境下孔隙的研究
• 3.1 引言
• 3.2 常温环境下CFRP 孔隙特征的分析
• 3.3 常温下孔隙率的检测
• 3.3.1 超声A 检测
• 3.3.2 显微镜法检测
• 3.4 常温下力学性能测试
• 3.4.1 CFRP 层合板拉伸试验
• 3.4.2 CFRP 层合板弯曲试验
• 3.5 本章小结
• 第4章 低能量冲击对含孔隙CFRP 层合板力学性能的影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 CFRP 受不同冲击能量的冲击试验
• 4.2.1 不同低能量冲击对CFRP 层合板损伤程度的影响
• 4.2.2 不同低能量冲击对CFRP 层合板剩余强度的影响
• 4.3 同种冲击能量，不同孔隙率对CFRP 层合板剩余强度的影响
• 4.3.1 同种冲击能量，不同孔隙率对CFRP 层合板剩余拉伸性能的影响
• 4.3.2 同种冲击能量，不同孔隙率对CFRP 层合板剩余弯曲强度的影响
• 4.4 CFRP 层合板的有限元模拟
• 4.4.1 CFRP 层合板的冲击模拟
• 4.4.2 孔隙对层合板冲击性能的影响有限元模拟
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢