【摘要】：碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因其較高的比強(qiáng)度和比模量、優(yōu)異的抗疲勞性能和耐腐蝕性能等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于航空航天、能源工程等領(lǐng)域。膠接連接具有能保持結(jié)構(gòu)完整性、降低應(yīng)力集中、減重等優(yōu)勢(shì),已成為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中廣泛采用的連接形式。然而,復(fù)合材料膠接構(gòu)件常因膠接工藝的控制不當(dāng)而不可避免地在接頭中形成缺陷,降低構(gòu)件的正常使用壽命,對(duì)應(yīng)用在重大場(chǎng)合的復(fù)合材料構(gòu)件帶來(lái)安全隱患。迄今為止,國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)含缺陷的膠接接頭開展了一些研究工作,但目前仍缺乏缺陷對(duì)膠接接頭力學(xué)性能影響規(guī)律與機(jī)制的系統(tǒng)性研究,從而導(dǎo)致含缺陷膠接接頭準(zhǔn)確的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法與可靠的失效準(zhǔn)則的缺失,這也進(jìn)一步限制了復(fù)合材料膠接構(gòu)件的廣泛使用。因此,探索典型缺陷對(duì)膠接接頭強(qiáng)度與失效過(guò)程的影響規(guī)律與機(jī)制,對(duì)于深入研究含缺陷膠接接頭的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法與失效準(zhǔn)則和發(fā)展膠接結(jié)構(gòu)的損傷容限設(shè)計(jì)技術(shù)等具有重要意義。本文以碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料單搭接接頭為研究對(duì)象,針對(duì)膠接接頭中常見的脫粘缺陷和固化工藝缺陷,開展了如下的研究工作:(1)缺陷的制備與定量表征。1)脫粘缺陷:對(duì)實(shí)際中不規(guī)則的脫粘缺陷進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,并根據(jù)其幾何特征利用超薄鋁箔在碳纖維復(fù)合材料膠接接頭中預(yù)制不同規(guī)格的脫粘缺陷,運(yùn)用超聲相控陣技術(shù)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)與定量表征。2)固化工藝缺陷:考慮膠層欠固化和過(guò)固化的固化工藝缺陷,定量控制固化工藝中的固化溫度和壓力參數(shù),制備含不同固化程度的碳纖維復(fù)合材料膠接接頭。(2)實(shí)驗(yàn)研究了缺陷對(duì)膠接接頭承載能力和失效模式的影響規(guī)律。開展了室溫下碳纖維復(fù)合材料含缺陷膠接接頭的恒定位移速率加載的拉伸試驗(yàn),測(cè)試了含缺陷膠接接頭的承載能力與載荷位移曲線,獲得了不同脫粘缺陷參數(shù)以及不同固化程度下膠接接頭承載能力與失效模式的變化規(guī)律。(3)探索了缺陷對(duì)膠接接頭承載能力及失效模式的影響機(jī)制。采用二維DIC技術(shù)得到了含缺陷膠接接頭的全場(chǎng)應(yīng)變和失效過(guò)程,并探索了脫粘缺陷參數(shù)以及固化條件對(duì)膠接接頭應(yīng)變分布、失效模式的影響規(guī)律,研究了搭接區(qū)應(yīng)變場(chǎng)與不同失效模式間的聯(lián)系。同時(shí)采用內(nèi)聚力模型進(jìn)一步分析了不同脫粘缺陷情況對(duì)復(fù)合材料層合板膠接接頭力學(xué)性能的影響,并與基于DIC方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。
【圖文】：

膠接接頭的失效模式逡逑接接頭的幾何形狀、膠接界面的粘接質(zhì)量和受到載荷均會(huì)影響膠接效模式。根據(jù)美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ＡＳＴＭ－Ｄ５５７３［３４Ｉ可知，在纖料膠接接頭中共有七種典型的失效模式，分別為：膠接界面失效，，薄層內(nèi)聚失效，纖維撕裂失效，薄層纖維撕裂失效、層合板斷裂效，如圖Ｕ所示。逡逑多學(xué)者對(duì)復(fù)合材料膠接接頭失效行為的影響因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究［３主要的影響因素有表面條件（如污染、磨損和等離子處理），肢瘤鋪層角度與方式，環(huán)境因素等。在復(fù)合材料膠接接頭的失效預(yù)測(cè)方研究［４（Ｍ６］，但由于不同的膠接工藝和參數(shù)將導(dǎo)致膠接接頭有不同的效摸式，因此復(fù)合材料膠接接頭的失效預(yù)測(cè)依舊很難開展［４７］。逡逑

＜ｅ）薄層纖維撕裂失效邐（ｆ）邋￡－合扳斷Ｍ失效逡逑圖１．１纖維增強(qiáng)復(fù)合材料膠接接頭的失效模式［４８］逡逑１．２．３膠接接頭的強(qiáng)度和應(yīng)力分析逡逑肢接接頭在不同的服役環(huán)境下承受的載荷形式是不同的，，總的來(lái)說(shuō)肢接結(jié)構(gòu)逡逑的承載類型包括拉伸應(yīng)力、剪切應(yīng)力、壓縮應(yīng)力、剝離應(yīng)力和劈裂應(yīng)力［３２］。通常逡逑情況下，膠接接頭在承受某種載荷時(shí)，膠接結(jié)構(gòu)中有幾種應(yīng)力在同時(shí)作用，但在逡逑不同載荷條件下起主導(dǎo)作用的應(yīng)力不同。逡逑膠接接頭的強(qiáng)度定義為，在外力作用下膠接接頭發(fā)生破壞所需要的應(yīng)力［４７］。逡逑需要指出的是，由于在實(shí)際的服役環(huán)境中，肢接接頭的強(qiáng)度會(huì)受到很多因素的影逡逑響，所以膠接接頭在特定服役條件下的強(qiáng)度不能直接與該條件下膠粘劑的強(qiáng)度等逡逑同。膠接接頭的性能評(píng)價(jià)及性能的影響因素研究一直是該研究領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)；逡逑進(jìn)行膠接接頭的強(qiáng)度預(yù)測(cè)時(shí)需要具備以下兩個(gè)條件：其一獲取膠接接頭的應(yīng)力分逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 劉璐;關(guān)志東;徐榮章;馮敏

本文編號(hào)：2693448