海水和紫外线环境下GFRP性能演变规律的研究

论文摘要

玻璃钢(GFRP)自诞生以来,其优异的力学性能和耐蚀性能,被广泛的应用于航空、航天和海洋等领域,成为目前世界上产量最大、用途最广的复合材料。由于其优异的耐蚀性能,GFRP在海洋领域中的应用日益广泛,但是由于多因素协同作用下GFRP材料的腐蚀机理的复杂性、长期的腐蚀积累数据的缺少等都制约了GFRP在海洋领域中的应用。本文从多种海洋腐蚀环境因素中选出两类(物理因素和化学因素)进行分析和总结在海洋环境下,GFRP发生腐蚀的形式和历程。通过模拟自然环境试验和加速试验认识腐蚀的规律和机理,着重于温差、湿度、海水浓度和渗透等因素对材料腐蚀性能的影响规律研究。在模拟自然环境试验中,设计了不同温度、海水浓度下的模拟加速试验;在考虑太阳光对GFRP的老化作用试验中,对浸泡在海水中的GFRP试样辐照紫外线;在考虑流体冲刷影响材料寿命试验中,设计定流速、定砂粒粒径的流体,对试样进行流体冲刷试验。通过材料表观形貌、力学性能、微观结构的变化进一步分析腐蚀机制和性能演变规律;根据中值老化寿命和剩余强度之间的关系式,建立了加速寿命规律模型和寿命预测模型;在积累数据的基础上,可为腐蚀试验、材料和工程设计提供数据和理论基础。试验结果表明,在海水条件下,GFRP除了可见的外观发生变化外,其热稳定性、表面巴氏硬度、拉伸强度和弯曲强度整体上均呈现下降趋势,并且辐照紫外线后,性能进一步下降。在定流速条件下,流动伴随着微小粒子对GFRP冲刷造成侵蚀。中值老化寿命和剩余强度之间的关系式能够比较好地描述GFRP自然老化规律和加速老化规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 GFRP在海洋中的应用概况
• 1.1.2 GFRP在海洋环境中的腐蚀
• 1.1.3 GFRP寿命预测研究
• 1.2 国内外研究发展现状
• 1.2.1 国外研究发展概况
• 1.2.2 国内研究发展概况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 GFRP的腐蚀机制和加速寿命试验理论分析
• 2.1 GFRP在海洋环境中的腐蚀理论
• 2.1.1 物理腐蚀
• 2.1.2 化学腐蚀
• 2.1.3 紫外线老化
• 2.2 加速寿命试验理论与分析
• 2.2.1 加速老化试验
• 2.2.2 加速老化试验与自然气候老化相关性
• 2.2.3 加速老化试验的一般方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 海水和紫外线环境条件下的GFRP性能演变试验研究
• 3.1 试样制备
• 3.1.1 材料准备
• 3.1.2 GFRP试样的制备
• 3.2 试验方案设计
• 3.2.1 GFRP试样海水浸泡腐蚀试验
• 3.2.2 试验分类
• 3.3 试验结果分析
• 3.3.1 试样外观变化分析
• 3.3.2 GFRP巴氏硬度的变化分析
• 3.3.3 失重率分析
• 3.3.4 拉伸性能的变化与分析
• 3.3.5 弯曲性能的变化与分析
• 3.3.6 GFRP拉伸、弯曲试样断口形貌分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 GFRP的腐蚀寿命预测分析
• 4.1 寿命预测模型的建立
• 4.1.1 中值老化公式
• 4.1.2 Wiederhorn经验公式
• 4.2 腐蚀寿命预测
• 4.2.1 试验数据处理
• 4.2.2 利用中值老化公式进行寿命预测
• 4.2.3 利用Wiederhorn经验公式进行寿命预测
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢