复合材料的应力松弛特性研究

摘要

大多数复合材料都不同程度地存在着蠕变与应力松弛等粘弹性现象，关于材料应力松弛行为的研究和预测不仅能使我们正确认识复合材料长期服役时的失效机制，同时也为复合材料的设计加工和运用提供一个新的思路。
　　复合材料的性能取决于基体和增强体的特性、含量和分布等因素，我们试图弄清各组分及体积分数对复合材料表观应力松弛特性的贡献。重点研究了以下内容：（1）应用两种具有不同粘弹性特性材料进行组合，通过串联和并联两个方向的压缩松弛试验，得到了一系列材料受载时的应力-时间衰变曲线，并采用基于稳态蠕变理论的应力松弛模型对这些曲线进行拟合分析，得到两种组元及其复合材料的稳态蠕变率指数m和特征松弛时间λ。（2）在基于稳态蠕变理论的应力松弛模型的基础上进行了理论推导，得到不同受载方向上的复合材料应力松弛理论模型，应用该模型计算得到复合材料理论上的应力-时间曲线及应力松弛参数m和λ，并与试验结果相对比。（3）使用复合材料混合率基本公式及Halpin-蔡公式来拟合试验得到的复合材料稳态蠕变率指数m，试图找到一种简单的经验公式来预测复合材料的应力松弛参数。结果表明：
　　1.材料复合后的稳态蠕变率指数m和应力松弛特征时间λ处于两种组合相的对应参数值之间，并与两种材料的体积分数密切相关。应力松弛参数值较小的组分对复合材料的应力松弛特性影响更大。
　　2.理论推导出的复合材料应力松弛模型能够计算出典型的应力松弛曲线，其中，复合材料应力松弛并联模型能够很好地预测材料复合后的应力松弛曲线，理论结果与试验结果非常符合，但串联模型还需要进一步的修正。
　　3.在实际应用中，复合材料混合率基本公式可以用来预测复合材料串联受载方向上的稳态蠕变率指数m，但它对于复合材料并联受载的预测效果不是很好。改进后的复合材料混合率公式即Halpin-蔡公式可以很好地预测复合材料两个受载方向上的态蠕变率指数m，作为一种简单的经验公式，其中的参数ξ需要大量试验来确定。

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1 引言

1.1 复合材料和应力松弛简介

1.2 常用的应力松弛模型

1.3 研究现状

1.4 研究目的与意义

1.5 论文的主要内容

2 复合材料应力松弛的理论基础

2.1 基于稳态蠕变的应力松弛模型

2.2 复合材料应力松弛模型

2.3 本章小结

3 应力松弛试验方法与过程

3.1 试验目的

3.2 试验材料

3.3 试验仪器

3.4 压缩性能测试

3.5 应力松弛试验

3.6 本章小结

4 试验数据处理与试验结果

4.1 应力松弛试验数据处理及拟合

4.2 试验条件对材料应力松弛特性的影响

4.3 复合材料应力松弛试验

4.4 本章小结

5 组元体积分数对复合材料应力松弛特性的影响

5.1 复合材料应力松弛理论模型

5.2 复合材料混合率基本公式

5.3 复合材料混合率改进公式

5.4 本章小结

6 结论与展望

参考文献

附录

个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果

致谢