温湿度致编织碳纤维复合材料车体结构性能劣化及机理研究

摘要

为确定温湿度对碳纤维复合材料车体结构强度性能的影响机制,以HF10/EM119平纹编织碳纤维预浸料为原材料,制备复合材料层合板样件,开展低温干态、常温干态、高温干态和高温湿态4种温湿度环境下的层合板拉伸、压缩和面内剪切实验,得到不同环境条件下的材料力学参数;基于环境叠加验证方法,计算各温湿度环境下,某型号高速磁浮编织碳纤维复合材料车体的模态和静强度,并与标准环境下的仿真结果对比。研究结果表明:在温湿环境下,编织复合材料层合板的拉伸、压缩和剪切性能均有一定程度劣化,极限强度劣化程度显著大于模量劣化程度;低温干态环境(-30℃,相对湿度(55±10)%)和高温湿态环境(80℃,相对湿度(85±5)%)致劣程度尤其明显,将显著削弱车体结构刚度,改变车体结构高阶模态振型,继而引起列车本构强度减损,降低车体承载能力。