【摘要】：纖維纏繞制備工藝是一種高效制備碳纖維復合材料回轉體的復合材料成型工藝,目前常用于制備碳纖維復合材料壓力容器、碳纖維復合材料電機護環(huán)和復合材料管道等制品。對于厚壁纏繞復合材料纖維纏繞張力是主要影響纏繞后制品力學性能的因素,給纖維施加纏繞張力,會讓成型后復合材料中存在環(huán)向預應力,從而提高復合材料的剛度和抗變形能力。本文研究了纖維纏繞張力對厚壁碳纖維復合材料性能的影響。由于纏繞過程中,后纏繞的纖維中存在的纖維張力會對內(nèi)層部分產(chǎn)生徑向壓力,使得先纏繞在芯模上的纖維中的張力產(chǎn)生松弛,需要使用逐層遞減的纏繞張力梯度進行纏繞,使得各層纖維在纏繞后達到均勻的剩余張力,復合材料承載能力達到最佳狀態(tài)。利用Abaqus有限元分析軟件構建試驗纏繞工裝的有限元模型,使用基于溫度參數(shù)法的逐層耦合模擬方法對纏繞過程進行有限元模擬,發(fā)現(xiàn)按照公式計算設計的纏繞張力梯度對于纏繞層較厚的厚壁復合材料難以很好地實現(xiàn)各層等剩余張力分布。采用復合材料屬性定義纏繞層,模擬分層固化工藝,可以有效降低剩余纏繞張力梯度,最內(nèi)層剩余張力與最外層剩余張力比值從1.59倍下降到1.37倍。對大張力纏繞工藝中使用的樹脂體系進行研究,通過測試不同的樹脂體系凝膠時間、固化度、動態(tài)接觸角、界面強度,及樹脂澆鑄體和復合材料單向板的拉伸性能,優(yōu)選出在常溫及中低溫條件下可以發(fā)生固化反應,且使用期適合的改性芳香胺固化劑和環(huán)氧樹脂體系。按照有限元模擬的纏繞張力梯度制備厚壁復合材料,在實際纏繞過程中在纏繞芯模之間加裝拉壓力傳感器,用于測試實際纏繞在芯模上的纖維纏繞張力及剩余纏繞張力,與有限元模擬結果進行比較,發(fā)現(xiàn)測試值略小于模擬值,但總體基本吻合。對使用纏繞張力制度制備的厚壁復合材料和無纏繞張力制備的復合材料進行拉伸性能測試,測試了復合材料材料軸向橫截面上不同半徑位置的徑向和環(huán)向應變值,在保證兩種試樣含膠量基本一致的條件下,對比兩種材料結構的變形情況,確認了在纏繞張力制度下,復合材料的剛度和抗變形能力有所提高。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文結果顯示，鋪層方式、張力梯度、纏繞張力和纏繞張力及張力梯度的耦合器爆破壓力影響極為顯著；而鋪層方式、cut-versus-uncuthelicals、纏繞時張力和張力梯度對纖維斷裂應變的影響尤為顯著。容器的環(huán)向模量主要張力和纏繞時間的影響，要想得到環(huán)向模量較高的壓力容器應選擇較高力和較短的纏繞時間。壓力容器的強度和性能與纖維體積含量相關，采用繞張力會使平均纖維體積分數(shù)提高約 6.8%，最大纖維體積分數(shù)提高約 9體積分數(shù)在壁厚方向上的梯度提高達到 22.8%；而纏繞張力梯度會導致纖數(shù)在壁厚方向上的梯度下降。對于纖維纏繞復合材料圓筒，在環(huán)向第一層有更高的纖維體積分數(shù)（約 68%）會傳遞更高的纖維強度，而提高纖維體方法主要就是增加纏繞張力和縮短纏繞時間。

會使平均纖維體積分數(shù)提高約 6.8%，，最大纖維體積分數(shù)數(shù)在壁厚方向上的梯度提高達到 22.8%；而纏繞張力梯度厚方向上的梯度下降。對于纖維纏繞復合材料圓筒，在環(huán)的纖維體積分數(shù)（約 68%）會傳遞更高的纖維強度，而提要就是增加纏繞張力和縮短纏繞時間。圖 1-1 文獻中的 6 種纏繞張力制度[7]
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB332

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 馬仁利;常新龍;廖英強;張曉軍;;微波固化碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料NOL環(huán)及其力學性能[J];高分子材料科學與工程;2016年03期

2 康超;史耀耀;何曉東;俞濤;張軍;;具有厚壁內(nèi)襯圓筒的纏繞張力算法[J];工程力學;2016年02期

3 邢靜忠;梁清波;劉成旭;楊濤;;圓柱形厚壁纏繞件的環(huán)向纏繞張力分析的逐層疊加法[J];固體火箭技術;2015年02期

4 馬仁利;常新龍;張曉軍;方鵬亞;;玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復合材料的微波固化行為及力學性能[J];高分子材料科學與工程;2015年03期

5 梁清波;邢靜忠;楊濤;;柱形纏繞件的環(huán)向纏繞張力設計的理論研究及其數(shù)值模擬[J];固體火箭技術;2013年06期

6 劉成旭;邢靜忠;陳利;楊濤;;柔性厚壁筒環(huán)向纏繞張力分析與設計[J];固體火箭技術;2013年02期

7 魏喜龍;馬國峰;蘇峰;王洪運;;纖維纏繞壓力容器最佳預應力與纏繞張力關系研究[J];纖維復合材料;2011年03期

8 邢靜忠;李家惠;陳利;楊濤;;剛性圓柱上環(huán)向纏繞張力的分析與設計[J];紡織學報;2011年08期

9 張宗毅;鄧貴德;壽比南;李曉陽;;纏繞張力對環(huán)纏繞復合材料氣瓶應力的影響[J];壓力容器;2011年05期

10 郁成巖;李輔安;王曉潔;周東偉;;纖維纏繞工藝浸膠技術研究進展[J];玻璃鋼/復合材料;2010年05期

相關會議論文 前1條

1 王樹位;;復合材料纏繞張力公式建立[A];復合材料的現(xiàn)狀與發(fā)展——第十一屆全國復合材料學術會議論文集[C];2000年

本文編號：2517022