發(fā)布時(shí)間：2017-09-19 21:49

  本文關(guān)鍵詞：碳纖維樹脂基復(fù)合材料修補(bǔ)區(qū)域電熱溫度場(chǎng)的研究

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【摘要】：本文采用ABAQUS有限元分析軟件建立了CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)單層搭接模型和修補(bǔ)后層板模型,利用電-熱耦合模塊,分別計(jì)算了多種電流強(qiáng)度下模型表面的溫度分布和實(shí)際不易測(cè)量的模型內(nèi)部溫度梯度及變化規(guī)律。為了對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)制備了與兩種模型相同尺寸的試樣,采用實(shí)驗(yàn)室電熱載荷試驗(yàn)測(cè)試環(huán)境平臺(tái),測(cè)試了搭接接頭和修補(bǔ)后CFRP層板試樣在不同電流強(qiáng)度下的溫度分布,獲得了表面溫度隨時(shí)間變化的規(guī)律,并建立了電阻-溫度-電流三者的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了研究電熱載荷對(duì)修補(bǔ)結(jié)構(gòu)性能的影響,對(duì)兩組試樣分別進(jìn)行了拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試和沖擊后剩余壓縮強(qiáng)度測(cè)試。綜合仿真結(jié)果及實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明:(1)單層搭接試樣通電過程中,搭接試樣的電阻與電流強(qiáng)度之間呈線性遞減的關(guān)系。由于層間接觸電阻較大,搭接區(qū)域溫度升高較快,而非搭接區(qū)域的溫度無(wú)明顯變化。隨著通電電流強(qiáng)度的增加,接頭表面穩(wěn)態(tài)溫度明顯升高。對(duì)于不同搭接長(zhǎng)度試樣,搭接長(zhǎng)度的增加導(dǎo)致層間單位面積電流密度減小,減弱了電載荷對(duì)接頭溫度影響。電流加載完成后對(duì)搭接接頭的層間剪切性能進(jìn)行測(cè)試,研究發(fā)現(xiàn):低電流時(shí),電熱促使接頭樹脂進(jìn)一步固化,適當(dāng)提高了接頭搭接界面的粘接性能,其剪切強(qiáng)度略有上升;當(dāng)通電電流過大時(shí),接頭溫度急劇升高,對(duì)搭接區(qū)域產(chǎn)生過熱損傷,降低了接頭的剪切強(qiáng)度。(2)修補(bǔ)后CFRP層板試樣在通電測(cè)試過程中,試樣電阻與電流強(qiáng)度也呈遞減的關(guān)系。隨著電流強(qiáng)度的增加,層板穩(wěn)態(tài)溫度增大。由于熱交換體系的存在,層板中心區(qū)域溫度明顯高于周邊區(qū)域溫度。母板損傷而造成的纖維結(jié)構(gòu)不連續(xù),間接影響了電流傳方向,導(dǎo)致修補(bǔ)后CFRP層板正反面溫度存在差異,但這種溫度差異小于2℃。電流加載完成后對(duì)修補(bǔ)后CFRP層板進(jìn)行沖擊后剩余壓縮強(qiáng)度測(cè)試,其研究結(jié)果表明:低電流未對(duì)修補(bǔ)后CFRP層板造成結(jié)構(gòu)性破壞,對(duì)材料的抗沖擊性能影響較小,樹脂后固化使剩余壓縮強(qiáng)度呈現(xiàn)略微增長(zhǎng)的趨勢(shì)。隨著電流強(qiáng)度的增加,電熱產(chǎn)生的高溫對(duì)修補(bǔ)界面層燒蝕破壞,進(jìn)一步弱化了修補(bǔ)連接界面的粘接性能,導(dǎo)致材料抗沖擊性能減弱,剩余壓縮強(qiáng)度明顯降低。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料修補(bǔ) 電熱損傷 溫度場(chǎng) 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB332
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 碳纖維復(fù)合材料簡(jiǎn)介及應(yīng)用10-11
• 1.2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理概論11-15
• 1.2.1 修理原則12
• 1.2.2 修理過程及修理分類12-13
• 1.2.3 膠接修理13-15
• 1.3 碳纖維樹脂基復(fù)合材料電熱損傷研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 電熱損傷來(lái)源15-16
• 1.3.2 電熱對(duì)CFRP復(fù)合材料損傷特點(diǎn)16
• 1.3.3 電熱對(duì)修補(bǔ)后CFRP復(fù)合材料影響的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展16-18
• 1.4 研究目的與意義18
• 1.5 研究?jī)?nèi)容18-19
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料設(shè)備及分析方法19-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)儀器19-20
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料19
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器19-20
• 2.2 試樣制備20-22
• 2.2.1 單層搭接試樣制備20-21
• 2.2.2 修補(bǔ)層板制備21-22
• 2.3 電熱損傷實(shí)驗(yàn)22
• 2.4 材料表征方法22-25
• 2.4.1 單層搭接試樣剪切強(qiáng)度測(cè)試22-23
• 2.4.2 層板沖擊后剩余壓縮強(qiáng)度測(cè)試23-25
• 2.5 ABAQUS電-熱耦合有限元理論基礎(chǔ)25-29
• 2.5.1 有限元理論和基本思想25-26
• 2.5.2 熱量傳遞的基本方式26-27
• 2.5.3 溫度場(chǎng)控制方程27-28
• 2.5.4 電場(chǎng)控制方程28-29
• 第三章 CFRP復(fù)合材料修補(bǔ)后電熱溫度場(chǎng)的有限元分析29-41
• 3.1 有限元建模過程29-30
• 3.2 單層搭接幾何模型30-31
• 3.3 單層搭接模型有限元計(jì)算結(jié)果31-34
• 3.4 層板修補(bǔ)模型34-35
• 3.5 層板修補(bǔ)模型有限元計(jì)算結(jié)果35-39
• 3.6 本章小結(jié)39-41
• 第四章 電熱載荷對(duì)CFRP修理搭接接頭剪切性能的影響41-45
• 4.1 碳纖維單層搭接接頭電熱特性41-42
• 4.2 試樣通電前后剪切性能42-44
• 4.3 本章小結(jié)44-45
• 第五章 電熱載荷對(duì)修補(bǔ)后CFRP沖擊后壓縮性能影響45-53
• 5.1 修補(bǔ)后CFRP層板電熱特性分析45-47
• 5.2 沖擊損傷特性分析47-49
• 5.3 水浸超聲無(wú)損檢測(cè)分析49-50
• 5.4 沖擊后剩余壓縮強(qiáng)度分析50-52
• 5.5 本章小結(jié)52-53
• 第六章 結(jié)論53-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 致謝59

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張俊;碳纖維樹脂基復(fù)合材料修補(bǔ)區(qū)域電熱溫度場(chǎng)的研究[D];中國(guó)民航大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：884130