玻璃纤维增强树脂基复合材料力学疲劳性能研究

摘要

随着科学技术的迅猛发展，玻璃纤维增强树脂基复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic，简称GFRP)因其具有良好的力学性能，优异的抗疲劳性能，结构可设计等许多优点，在诸多领域内得到了广泛的应用。复合材料构件在使用过程中，往往会由于应力和环境因素而产生损伤以至破坏，其中疲劳损伤为主要破坏形式之一。因此，对GFRP及其制件的抗疲劳性能进行研究非常重要。
　　 论文首先回顾了GFRP疲劳行为研究领域已经取得的成果，并归纳总结其疲劳损伤的宏观唯象模型，包括剩余强度模型和剩余刚度模型。以乙烯基酯树脂和双酚A环氧树脂作为基体材料，选择不同的铺层方式制备GFRP层合板，通过动态疲劳性能测试，分析应力振幅、铺层方式以及树脂体系对其力学疲劳性能的影响，并推导符合GFRP疲劳寿命模型。
　　 研究结果表明：1)随着应力振幅的增加，GFRP试件的拉伸模量和弯曲模量均呈现单调下降。当应力振幅为30％时，复合材料层合板试件的疲劳曲线会存在平台区域，即疲劳损伤累积区，符合典型正则化刚度下降曲线；当应力振幅为50％时，疲劳曲线是单调线性下降，并伴随着疲劳失效的突然发生；2)随着玻璃纤维布层数的增加，GFRP拉-拉疲劳性能和弯曲疲劳性能均会大幅下降，在宏观上表现为疲劳寿命的降低；双酚A环氧树脂复合材料的疲劳性能要明显优于乙烯基酯树脂复合材料；3)采用适合于玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的双参数模型，建立符合本文试验条件的拉-拉疲劳寿命模型，其S-N曲线与实验数据吻合较好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2玻璃纤维增强树脂基复合材料概述

1.2.1玻璃纤维增强树脂基复合材料的优异性能

1.2.2玻璃纤维增强树脂基复合材料的发展历程

1.2.3玻璃纤维增强树脂基复合材料的应用

1.3复合材料疲劳行为国内外研究进展

1.4本文主要研究内容

1.4.1研究目标和内容

1.4.2拟解决的关键问题

第2章 玻璃纤维增强树脂基复合材料疲劳行为回顾

2.1复合材料疲劳机理

2.2复合材料疲劳特性及影响因素

2.3复合材料疲劳损伤模型

2.3.1剩余强度模型

2.3.2剩余刚度模型

第3章 实验部分

3.1实验原料与设备

3.1.1实验原料

3.1.2实验设备

3.2试件制作方法

3.2.1玻璃纤维增强树脂基复合材料板材的制作

3.2.2疲劳测试标准试件的制作

3.3测试方法

3.3.1静态拉伸性能测试

3.3.2静态弯曲性能测试

3.3.3拉-拉疲劳性能测试

3.3.4弯曲动态疲劳测试

3.3.5红外光谱分析

第4章 玻璃纤维增强树脂基复合材料疲劳行为研究

4.1树脂基复合材料拉-拉疲劳行为研究

4.1.1树脂基复合材料静态拉伸行为

4.1.2应力振幅对树脂基复合材料拉-拉疲劳行为的影响

4.1.3铺层方式对树脂基复合材料拉-拉疲劳行为的影响

4.1.4树脂体系对树脂基复合材料拉-拉疲劳行为的影响

4.2树脂基复合材料弯曲疲劳行为研究

4.2.1树脂基复合材料静态弯曲行为

4.2.2树脂基复合材料动态弯曲行为

4.3两种疲劳测试方法的比较

第5章 树脂基复合材料双参数疲劳寿命模型的建立

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2研究展望

致 谢

参考文献

附 录　研究生期间发表的论文