【摘要】：樹脂基復(fù)合材料是由以有機(jī)聚合物為基體的纖維增強(qiáng)材料,在航空、汽車、海洋工業(yè)中都有廣泛應(yīng)用,基體樹脂和填充物的性能是決定樹脂基復(fù)合材料性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。但由于樹脂基復(fù)合材料在制備過程中,基體和填充物的熱膨脹系數(shù)不同,且樹脂固化會(huì)發(fā)生收縮變形,導(dǎo)致填充物/基體界面產(chǎn)生殘余應(yīng)力。環(huán)氧樹脂是一種常見的樹脂基復(fù)合材料基體,可以利用其包覆電極進(jìn)行電子封裝,也可以將自修復(fù)微膠囊置于其中形成具有自修復(fù)功能的微膠囊/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。在金屬/環(huán)氧樹脂界面和微膠囊/環(huán)氧樹脂界面上存在的殘余應(yīng)力會(huì)嚴(yán)重影響其服役過程中的力學(xué)行為。因此測試其界面殘余應(yīng)力分布規(guī)律、大小、及其影響因素具有重要意義,本文主要從以下幾個(gè)方面對(duì)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面殘余應(yīng)力進(jìn)行了研究:1.對(duì)常溫固化環(huán)氧樹脂在固化收縮過程中的溫度變化進(jìn)行監(jiān)測,結(jié)果表明常溫固化環(huán)氧樹脂固化過程中溫度變化較小;利用數(shù)字圖像相關(guān)方法(Digital image correlation,DIC)監(jiān)測了純環(huán)氧樹脂的局部固化收縮變形,結(jié)果表明環(huán)氧樹脂變形速率與溫度變化相對(duì)應(yīng),升溫速率大則膨脹應(yīng)變值大,降溫速率大則收縮應(yīng)變值大。2.對(duì)于微膠囊/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料同樣監(jiān)測了其局部固化收縮變形,得到整個(gè)過程中在環(huán)氧樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的作用下微膠囊直徑的變化趨勢,并與純環(huán)氧樹脂的局部收縮變形進(jìn)行比較,得到環(huán)氧樹脂的局部變形對(duì)微膠囊尺寸產(chǎn)生的影響。環(huán)氧樹脂固化后,微膠囊是受壓的,直徑減小。并且,微膠囊直徑越大,存在的應(yīng)變集中越明顯。3.用不同彈性模量和尺寸的金屬圓柱體夾雜于環(huán)氧樹脂基體,利用顯微光彈性法測試其光彈條紋,用平面光彈性應(yīng)力定律和光補(bǔ)償原理計(jì)算出界面徑向殘余應(yīng)力值,結(jié)果表明:對(duì)于不同材料,相同半徑的圓柱體,隨著圓柱體彈性模量的增大,殘余應(yīng)力值增大;對(duì)于同種材料,不同尺寸的圓柱體,隨著圓柱體尺寸的增大,殘余應(yīng)力值減小。這是由于尺寸效應(yīng)的存在,同種材料尺寸越小彈性模量越大。4.最后為了進(jìn)一步驗(yàn)證界面殘余應(yīng)力的主要影響因素,本文還用平均直徑為180μm的多醚化密胺微膠囊填充環(huán)氧樹脂中,得到微膠囊/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,利用球面應(yīng)力-光學(xué)等式計(jì)算出不同大小微膠囊/環(huán)氧樹脂界面的殘余應(yīng)力。結(jié)果表明:不管填充物是圓柱體還是微膠囊,十字等傾線均表明界面為均布?xì)堄鄩簯?yīng)力;與圓柱體夾雜不同,微膠囊尺寸越大殘余應(yīng)力越大,這是由于微膠囊尺寸越大而其彈性模量越大所致。
【學(xué)位授予單位】：天津商業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB332
【圖文】：

圖 2-2 平面偏振光的雙折射Fig2-2 Birefringence of planar polarized light根據(jù)暫時(shí)雙折射性質(zhì)，如果在彈性范圍內(nèi)加載，那么通過模型的光將會(huì)遵循以下兩個(gè)規(guī)律：1.當(dāng)光波垂直通過平面受力模型內(nèi)任一點(diǎn)時(shí)，它只沿這點(diǎn)的兩個(gè)主應(yīng)力1σ 和2σ 方向分解并振動(dòng)，并且只在主應(yīng)力平面內(nèi)通過。2.由于兩光波在兩個(gè)主應(yīng)力平面內(nèi)通過的速度不相等，因而其折射率發(fā)生了改變，其變化量與主應(yīng)力大小成線性關(guān)系。這就是盧布斯定律： =++ =++()()2023110123σσσσσσnnABnnAB(2-8)在平面應(yīng)力狀態(tài)下，3σ = 0，根據(jù) 2-8 式可得：

式（2-10b）為平面光彈性應(yīng)力-光學(xué)定律，式中的 C、d、λ 為常數(shù)。有式（2-10b）可知，只要將光程差或相對(duì)光程差求出，就可以計(jì)算出平面模型內(nèi)各點(diǎn)的主應(yīng)力差。然后，便能夠?qū)⒁粋�(gè)求主應(yīng)力值的力學(xué)問題轉(zhuǎn)化為求光程差的光學(xué)問題，使問題得到簡化。將式（2-10b）改寫為：dnf012σ σ=（2-11）其中，0f = λ/C，稱為材料條紋值，單位是 N/mm，它能夠反映出模型材料的靈敏度，0f 越小，那么材料越靈敏。本文中，所用的材料為環(huán)氧樹脂板材，0f 約為 11N/mm。2.1.4 等傾線與等差線在平面偏振光場中，會(huì)得到兩種條紋，分別為等傾線條紋和等差線條紋。起偏鏡的偏振軸和分析鏡的偏振方向正交，并且其中之一的偏振方向?yàn)樗椒较�。平面偏振光光路簡圖如圖 2-3 所示，

將其分割成許多個(gè)小網(wǎng)格，每個(gè)小網(wǎng)格作為后的各幅散斑灰度圖像，通常將變形前的圖較的一系列變形后的圖像叫做“目標(biāo)圖像”目標(biāo)圖像的灰度分布函數(shù)分別表示為 f ( x,y (,)00f xy為所選子區(qū) m×n 像素區(qū)域的中心，后按照預(yù)先定義的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，值，分別為最大值或最小值目標(biāo)圖像子區(qū)。的點(diǎn) (',')00g xy，從而確定了 f ( x,y)分別在 方形作為子區(qū)的目的是：正方形子區(qū)與單獨(dú)，更容易與其它子區(qū)相區(qū)別

【參考文獻(xiàn)】

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1 倪敏;鄭源明;徐世佳;韓偉唯;徐小林;曹政;;光學(xué)方法測量氣流場壓強(qiáng)分布的研究[J];大學(xué)物理;2017年05期

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本文編號(hào)：2791718