碳-芳綸混雜正交三向復合材料拉伸疲勞性能實驗研究.pdf

1、碳/芳綸混雜正交三向復合材料既能充分利用正交三向結(jié)構(gòu)整體性和穩(wěn)定性好、抗分層、可設計性強等優(yōu)點，又能充分發(fā)揮不同纖維材料的性能優(yōu)勢，克服了單一纖維復合材料某些性能弱點，在工程領域有極大應用潛力。復合材料構(gòu)件在服役過程中大多數(shù)都會承受不同形式的循環(huán)交變載荷，產(chǎn)生疲勞損傷，損傷的積累與擴展會引起材料強度與剛度的急劇損失，大幅降低材料的力學性能和使用壽命而帶來安全隱患甚至產(chǎn)生災難性的后果。因此，本課題通過實驗的方法對碳/芳綸混雜正交三向復合材

2、料面內(nèi)拉伸裁荷和拉伸疲勞載荷作用下的力學響應、疲勞性能、結(jié)構(gòu)效應以及損傷機理進行了研究，并與碳纖維和芳綸纖維正交三向復合材料力學性能進行對比分析，以期對于混雜復合材料及其構(gòu)件的設計和應用提供理論依據(jù)。
　　采用基于全場位移的數(shù)字圖像相關(DIC)方法對四種正交三向復合材料進行了其材料級拉伸性能實驗。實驗結(jié)果表明，經(jīng)緯紗采用碳纖維，Z向紗為芳綸纖維的混雜正交三向復合材料面內(nèi)拉伸模量和斷裂強度最大，斷裂伸長率和泊松比較高;接下來的復合

3、材料拉伸模量和強度從高到低依次是非混雜的碳纖維復合材料、經(jīng)緯紗采用碳纖維和芳綸間隔排列的混雜復合材料和非混雜的芳綸纖維復合材料。因此，按比例合理布置碳纖維和芳綸纖維的混雜正交三向復合材料可以實現(xiàn)強度和韌性的折衷設計。
　　對兩種碳/芳綸混雜正交三向復合材料在拉伸疲勞載荷作用下的疲勞性能進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，疲勞壽命與應力水平成反比例關系;較低應力水平下，非混雜碳纖維正交三向復合材料疲勞壽命最高，較高應力水平下，經(jīng)緯紗間隔排列碳纖維