T300/AG80复合材料层合板力学性能的测试与分析

论文摘要

碳纤维/环氧树脂复合材料由于具有比强度高、比模量高、密度小、耐热、耐低温、优异的热物理性能、化学稳定性以及材料性能可设计等优点,已广泛应用于航天、航空、体育休闲和工业领域。研究碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能,尤其是其高温性能,对其在超常环境下的使用具有重要意义。复合材料性能对强激光防护作用的研究,具有国防参考价值。本文以航天工程中广泛使用的T300/AG80复合材料板为研究对象,主要研究内容包括:(1)测试常温下T300/AG80复合材料层合板横向试件、纵向试件的破坏载荷、弹性模量。采用图像识别法测试高温下复合材料层合板横向试件、纵向试件的破坏载荷、弹性模量,对实验数据进行拟合,获得了复合材料结构高温力学性能的经验公式。计算其高温力学性能保留率,分析温度对T300/AG80复合材料力学性能的影响,给出了复合材料结构的建议使用温度。(2)测试预加载荷T300/AG80复合材料层合板试件激光辐照下的破坏时间,分析预加载荷、激光功率密度对破坏时间的影响规律。通过对实验数据进行拟合,获得试件破坏时间与载荷及激光功率密度关系的表达式,为T300/AG80复合材料结构在载荷与激光共同作用下的寿命预测提供依据。(3)建立有限元模型,研究在拉伸、压缩载荷下,T300/AG80复合材料层合板各层的应力分布,分析铺层角度对层合板结构力学性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 碳纤维复合材料的国内外研究现状
• 1.2.1 碳纤维复合材料的实验研究现状
• 1.2.2 碳纤维复合材料的数值分析现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 复合材料层合板基本理论
• 2.1 经典层合板理论
• 2.1.1 正交各向异性材料的应力—应变关系
• 2.1.2 层合板的刚度
• 2.2 复合材料单层板的强度
• 2.2.1 复合材料单层板的强度准则
• 2.2.2 单层板强度的计算方法
• 2.3 复合材料层合板的强度计算
• 第3章 T300/AG80 复合材料力学性能实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 常温力学性能实验研究
• 3.2.1 实验材料和试件形状
• 3.2.2 实验设备
• 3.2.3 实验操作过程
• 3.2.4 计算公式
• 3.2.5 实验结果分析
• 3.3 高温力学性能实验研究
• 3.3.1 图像测量方法
• 3.3.2 高温实验设备及方法
• 3.3.3 高温实验计算公式
• 3.3.4 高温实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 预载T300/AG80 复合材料试件激光辐照下失效的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 激光辐照碳纤维复合材料烧蚀的理论基础[61]
• 4.2.1 热传导方程
• 4.2.2 激光的作用模式
• 4.2.3 边界条件
• 4.2.4 复合材料化学分解的工程模型
• 4.3 实验方法
• 4.4 实验过程现象
• 4.4.1 拉伸实验
• 4.4.2 压缩实验
• 4.5 实验结果及分析
• 4.5.1 实验结果
• 4.5.2 实验数据拟合
• 4.6 本章小结
• 第5章 复合材料层合板力学性能数值分析
• 5.1 ANSYS 软件分析复合材料层合板可选的单元类型
• 5.2 ANSYS 对复合材料层合板的分析步骤
• 5.3 铺层角度对层合板力学性能的影响分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢