玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的機(jī)械連接性能研究.pdf

1、玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料具有良好的機(jī)械性能，并且材料易加工，成型周期短，從而具有非常高的生產(chǎn)效率，使其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬，在汽車行業(yè)、航空航天領(lǐng)域、建筑、生活休閑用品上均有非常大的應(yīng)用。隨著玻纖增強(qiáng)熱塑性材料的廣泛應(yīng)用，復(fù)合材料部件與其他部件機(jī)械連接的使用變得越來(lái)越多，機(jī)械連接件所起的作用更是復(fù)雜多樣。但有關(guān)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料機(jī)械連接性能的研究很少，所以進(jìn)行有關(guān)此類的研究非常重要。本課題是針對(duì)注射成型的短玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基

2、復(fù)合材料的研究，為了研究復(fù)合材料在機(jī)械連接時(shí)的拉伸性能，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)孔拉伸試驗(yàn)、機(jī)械連接拉伸試驗(yàn)以及機(jī)械連接拉伸疲勞試驗(yàn)，并采用有限元模擬的方法對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)GF/POM（玻璃纖維/聚甲醛）、GF/PP（玻璃纖維/聚丙烯）、GF/PA（玻璃纖維/聚酰胺）三種玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行無(wú)孔與不同寬徑比（試樣寬度/開(kāi)孔直徑：w/d）開(kāi)孔試樣的拉伸試驗(yàn)，并采用有限元分析的方法模擬得出試樣的孔邊應(yīng)

3、力分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：開(kāi)孔會(huì)對(duì)玻璃纖維/熱塑性復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度有影響，開(kāi)孔后試樣拉伸強(qiáng)度降低10%-20%，其中，GF/POM和GF/PP的強(qiáng)度變化比例相近，GF/PA的降低程度最小。隨著試樣寬徑比 w/d的增加，玻璃纖維/熱塑性復(fù)合材料缺口拉伸強(qiáng)度逐漸降低。對(duì)同一種材料，開(kāi)孔試樣寬徑比w/d增加，特征長(zhǎng)度增加，試樣對(duì)孔的敏感性逐漸下降。在相同寬徑比時(shí)，GF/POM對(duì)孔的敏感性最大，GF/PP次之，GF/PA的孔敏感性最小。⑵對(duì)復(fù)合材

4、料進(jìn)行機(jī)械連接拉伸試驗(yàn)，當(dāng)分別進(jìn)行銷釘連接和螺栓連接時(shí)，研究了試樣尺寸（寬徑比 w/d、端徑比：試樣端距/開(kāi)孔直徑 e/d）對(duì)機(jī)械連接件破壞載荷的影響，并將機(jī)械連接時(shí)試樣的承載能力與開(kāi)孔拉伸試樣的承載能力進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)試樣w/d一定時(shí)，e/d≥2時(shí)，材料的承載能力趨于穩(wěn)定；當(dāng)e/d一定時(shí)，隨著w/d由1.5增加至3，試樣的承載能力逐漸增大，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際承載能力的需要選擇相應(yīng)的w/d。復(fù)合材料螺栓連接試樣的承載能力

5、相比銷釘連接較高。與開(kāi)孔拉伸試驗(yàn)得到的拉伸強(qiáng)度相比，將試樣進(jìn)行銷釘連接時(shí)，GF/POM材料的拉伸強(qiáng)度降低16.9%-22.6%，GF/PP和GF/PA分別降低16.2%-20.8%、2.8%-7.9%。⑶進(jìn)行GF/POM、GF/PP和GF/PA三種復(fù)合材料銷釘連接時(shí)的低周拉伸疲勞試驗(yàn)，選取機(jī)械連接時(shí)斷裂載荷的55%、70%、85%作為低周疲勞試驗(yàn)的三個(gè)預(yù)加載荷水平。并對(duì)疲勞前后的試樣斷裂面進(jìn)行 SEM觀察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著疲勞水平由5

6、5%增加至85%，低周拉伸疲勞會(huì)使GF/POM材料和GF/PA材料機(jī)械連接試樣的拉伸強(qiáng)度分別降低4.7%-12.7%、8.6%-18.7%，而對(duì)GF/PP材料的拉伸強(qiáng)度無(wú)明顯影響。另一方面，低周拉伸疲勞對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性材料機(jī)械連接試樣的破壞模式?jīng)]有影響。隨著疲勞載荷水平由55%增加至85%，GF/POM材料和GF/PA材料的斷裂面上被抽拔纖維數(shù)量增加，纖維與樹(shù)脂間的界面粘結(jié)性能有所劣化；GF/PA材料85%疲勞水平下基體有裂紋出現(xiàn)。