碳纤维树脂基复合材料拉敏特性研究

摘要

碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced polymer，简称CFRP)具有高比强度、高比模、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热和热膨胀系数小等一系列优异性能，它们既可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用，是一种功能结构材料。目前，它已广泛用于各个领域。 但CFRP在制备过程中由于各种原因，如环境中的杂质、工艺实施不完善等因素造成最终复合材料制品中存在不同类型的缺陷。在复杂的使用环境中，多样的受力形式下这些缺陷往往成为应力集中点，发生诸如弱质纤维断裂、基体开裂、界面脱粘以及剪切破坏等多种损伤形式，首先诱发材料及其结构破坏的产生，引起复合材料性能下降。CFRP复合材料的非均质性使得其疲劳损伤常常是由多种损伤形式组合积累而致的，在其失去正常使用性能前无任何预兆，突然的断裂常常会导致无法估量的损失。因此，研究碳纤维树脂基复合材料的安全使用和在线健康监控有重大意义。 本文首先研究了3201＃乙烯基树脂和柔性树脂增强三种不同编织形式的碳纤维复合材料在拉伸状态下的电阻率与应变之间的关系，作出电阻率-应变曲线。三种曲线的特点，均与碳纤维的编织形式密切有关。碳纤维毡复合材料在拉伸时的电阻率-应变曲线，能很好的拟合成一条直线，证实了电阻率与应变存在一一对应的关系，这一规律使得碳纤维毡树脂基复合材料可用于在线健康监控材料。 通过对电极的研究，得出铜电极能够有效减少金属和非金属接触时的接触电阻，同时能保证输出的电信号稳定。 试样的欧姆特性测试研究表明，碳纤维毡树脂基复合材料符合欧姆特性，证明拉伸实验时不会因为试样两端所加电压不同而不同，保证实验的可靠性。 研究了拉伸实验时，电子万能试验机加载速率对碳纤维毡树脂基复合材料电阻率-应变曲线的影响。 测试了一系列碳纤维毡复合材料在拉伸时的电阻率.应变曲线，分析碳纤维毡面密度和树脂种类对电阻率.应变曲线拟合参数和灵敏系数的影响，运用SPSS软件对参数进行回归，建立了相关的数学模型。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1碳纤维的特点及其应用

1.2碳纤维复合材料的特点及应用

1.3碳纤维复合材料力敏特性研究现状

1.3.1 CFRC力敏特性研究现状

1.3.2 CFRP力敏特性研究现状

1.4论文研究目的

1.5论文研究内容

第二章实验部分

2.1 实验设计

2.1.1 树脂基导电复合材料导电机理

2.2实验方案

2.3实验用原材料

2.3.1碳纤维增强材料

2.3.2树脂基体

2.3.3外加剂

2.3.4其它材料

2.4实验仪器、设备型号及性能

2.5试样制备

2.5.1手糊碳纤维板材

2.5.2糊制加强片

2.5.3安装电极

2.5.4粘贴应变片

2.6测试方法

2.6.1 测试标准

2.6.2碳纤维树脂基复合材料欧姆特性测试方法

2.6.3碳纤维树脂基复合材料拉伸时电阻率测试方法

2.7碳纤维树脂基复合材料欧姆特性试验

2.7.1试样编号、组成

2.7.2测试结果

2.8碳纤维编织形式对复合材料电阻率-应变曲线影响分析

2.8.1试样编号、组成

2.8.2测试结果

2.9 电极对电阻率-应变曲线的影响研究

2.9.1试样分类及编号

2.9.2测试结果

2.10加载速率对电阻率-应变曲线的影响研究

2.10.1 加载速率、试样编号和组成

2.10.2测试结果

2.11 面密度和树脂种类对电阻率-应变曲线影响研究

2.11.1试样编号及组成

2.11.2测试结果

第三章结果与讨论

3.1碳纤维树脂基复合材料欧姆特性研究

3.2碳纤维编织形式对CFRP电阻率-应变曲线的影响

3.2.1单向碳纤维增强树脂基复合材料电阻率-应变曲线

3.2.2正交碳纤维布增强树脂基复合材料电阻率-应变曲线

3.2.3碳毡增强树脂基复合材料电阻率-应变曲线

3.3 电极对碳纤维毡复合材料导电性测试结果的影响

3.4加载速率对电阻率-应变曲线的影响研究

3.4.1应变片组成及工作原理

3.4.2不同加载速度得到的电阻率-应变曲线

3.5面密度和树脂对电阻率-应变曲线和灵敏系数影响研究

3.6数学模型建立

3.6.1 多元线性回归基本原理

3.6.2结果分析

第四章结论及展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

附 录

致 谢