設(shè)計制備了Z向紗為芳綸纖維、經(jīng)緯紗為炭纖維和經(jīng)緯紗間隔排列芳綸纖維與炭纖維的混雜織造的2種炭/芳綸混雜正交三向織物增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,采用基于全場位移的數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）方法,進(jìn)行了其材料級拉伸性能試驗,通過與炭纖維、芳綸纖維2種非混雜的正交三向復(fù)合材料對比,分析了炭/芳綸混雜方式對復(fù)合材料拉伸性能的影響。實驗結(jié)果表明,經(jīng)緯紗采用炭纖維,Z向紗為芳綸纖維的混雜正交三向復(fù)合材料面內(nèi)拉伸模量和斷裂強(qiáng)度最大,斷裂伸長率和泊松比較高;接下來的復(fù)合材料拉伸模量和強(qiáng)度從高到低依次是非混雜的炭纖維復(fù)合材料、經(jīng)緯紗采用炭纖維和芳綸間隔排列的混雜復(fù)合材料和非混雜的芳綸纖維復(fù)合材料。因此,按比例合理布置炭纖維和芳綸纖維的混雜正交三向復(fù)合材料,可實現(xiàn)強(qiáng)度和韌性的折衷設(shè)計。 

【文章來源】：固體火箭技術(shù). 2017,40(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

正交三向織物結(jié)構(gòu)示意圖

擬應(yīng)變計，用來獲取該區(qū)域的平均應(yīng)變［14］。圖2制斑后試樣Fig．2Couponsafterspottedspeckles利用島津250kN萬能材料試驗機(jī)和DIC測試系統(tǒng)進(jìn)行拉伸試驗(見圖3)，試驗機(jī)夾頭加載速率為2mm/min，DIC測試系統(tǒng)采集圖像頻率為1Hz。通過材料試驗機(jī)記錄的載荷值及DIC系統(tǒng)記錄的全場位移，計算得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線、拉伸強(qiáng)度、0．05%～0．25%應(yīng)變下的拉伸模量、斷裂伸長率及泊松比。泊松比為虛擬應(yīng)變計區(qū)域中緯向應(yīng)變與經(jīng)向應(yīng)變的比值。圖3帶有DIC系統(tǒng)的拉伸試驗裝置Fig．3Experimentalset-upfortensiletestswithaDICsystem2實驗結(jié)果及分析實驗中，所有試樣均在工作區(qū)段發(fā)生失效。4種正交三向復(fù)合材料典型試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖4。從圖4可看出，4種復(fù)合材料的加載失效過程均表現(xiàn)出了良好的線性，失效應(yīng)變范圍為1．8%～2．0%。4種正交三向復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、斷裂伸長率和泊松比的平均值及拉伸性能柱狀圖見表2和圖5。通過比較發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和模量由大到小依次為經(jīng)緯紗為炭纖維，Z向紗為芳綸纖維的混雜復(fù)合材料、非混雜炭纖維復(fù)合材料、經(jīng)緯紗間隔排列芳綸纖維與炭纖維的混雜復(fù)合材料、非混雜芳綸纖維復(fù)合材料。2種混雜復(fù)合材料的斷裂伸長率和泊松比相近，非混雜炭纖維和非混雜芳綸纖維復(fù)合材料泊松比相近，但斷裂伸長率后者為4種材料中最高。圖44種正交三向復(fù)合材料典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig．4Typicalstress-straincurvesforfourkindsof3Dorthogonalcomposites表24種復(fù)合材料經(jīng)向拉伸性能平均值Table2Warpdirectiontensilepropertiesaveragevaluesoffourtypesofcomposites復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度/MPa拉伸模量/GPa斷裂伸長率/%泊松比HZK1027．7950．171．870．042HCK735．9938．561．850．043NHC

擬應(yīng)變計，用來獲取該區(qū)域的平均應(yīng)變［14］。圖2制斑后試樣Fig．2Couponsafterspottedspeckles利用島津250kN萬能材料試驗機(jī)和DIC測試系統(tǒng)進(jìn)行拉伸試驗(見圖3)，試驗機(jī)夾頭加載速率為2mm/min，DIC測試系統(tǒng)采集圖像頻率為1Hz。通過材料試驗機(jī)記錄的載荷值及DIC系統(tǒng)記錄的全場位移，計算得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線、拉伸強(qiáng)度、0．05%～0．25%應(yīng)變下的拉伸模量、斷裂伸長率及泊松比。泊松比為虛擬應(yīng)變計區(qū)域中緯向應(yīng)變與經(jīng)向應(yīng)變的比值。圖3帶有DIC系統(tǒng)的拉伸試驗裝置Fig．3Experimentalset-upfortensiletestswithaDICsystem2實驗結(jié)果及分析實驗中，所有試樣均在工作區(qū)段發(fā)生失效。4種正交三向復(fù)合材料典型試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖4。從圖4可看出，4種復(fù)合材料的加載失效過程均表現(xiàn)出了良好的線性，失效應(yīng)變范圍為1．8%～2．0%。4種正交三向復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、斷裂伸長率和泊松比的平均值及拉伸性能柱狀圖見表2和圖5。通過比較發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和模量由大到小依次為經(jīng)緯紗為炭纖維，Z向紗為芳綸纖維的混雜復(fù)合材料、非混雜炭纖維復(fù)合材料、經(jīng)緯紗間隔排列芳綸纖維與炭纖維的混雜復(fù)合材料、非混雜芳綸纖維復(fù)合材料。2種混雜復(fù)合材料的斷裂伸長率和泊松比相近，非混雜炭纖維和非混雜芳綸纖維復(fù)合材料泊松比相近，但斷裂伸長率后者為4種材料中最高。圖44種正交三向復(fù)合材料典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig．4Typicalstress-straincurvesforfourkindsof3Dorthogonalcomposites表24種復(fù)合材料經(jīng)向拉伸性能平均值Table2Warpdirectiontensilepropertiesaveragevaluesoffourtypesofcomposites復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度/MPa拉伸模量/GPa斷裂伸長率/%泊松比HZK1027．7950．171．870．042HCK735．9938．561．850．043NHC


本文編號：3000025