非接触式激光测微法测定炭纤维单丝拉伸应变及模量

摘要

炭纤维增强复合材料性能优异，准确测量炭纤维的力学性能不仅是了解和设计复合材料的基础，对于研究炭纤维微观结构与性能的关系也有重要意义。本文提出一种非接触式高模量单丝纤维杨氏模量的测试方法，并研究了相关的影响因素，旨在解决低应变率高模量纤维材料在模量测量中的出现的种种问题，实现炭纤维单丝模量的精确测量，为研究与生产优化提供依据。
　　本研究通过对常规强伸仪与激光测微仪的数据采集与控制系统进行改造和升级，建立了非接触式高模量单丝测试系统。基于该系统的激光测微法可用于测量高刚性纤维微小变形，可达到与常规测试方法相当的准确性与重复性，同时无需常规方法中复杂的系统校正。实验得到的炭纤维样品 T300、T700以及M40J模量测试结果与参考值均较为接近，相差在±5％以内。激光测微法能较为清晰地观察到炭纤维拉伸时存在非虎克现象，通过非线性模型计算 T300、T700以及M40J的非线性系数，发现不同炭纤维非线性行为存在差异。
　　对激光测微法的影响因素进行考察发现：试样卡的材质对模量测试结果影响不大，但纸试样卡的厚度和刚度对强力值和伸长率等力学参数影响较大，为了准确获得试样各项力学参数应选用一定厚度和刚度的试样卡；标记是准确测量的关键，为了保证较理想的测试结果，标记应有较好的遮光性且垂直于纤维轴粘贴，此外，标记测量边应最好为线型，在保证标记物有一定宽度的前提下尽可能减小其尺寸；标记距离对测试结果的稳定性与重复性有一定程度的影响，因此在实验时，应选择相同的标记距离以及相同的试样长度以保证实验的稳定性与重复性。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 炭纤维的应用

1.3 炭纤维的结构与模量

1.4 炭纤维模量的测试方法

1.5 炭纤维单丝拉伸的影响因素

1.6 选题的背景以及研究内容

第2章 实 验

2.1 实验材料

2.2 非接触式测试传感器种类

2.3 激光测微仪的工作原理

2.4 非接触测试系统的建立

2.5 实验方案

2.6 表征方法

第3章 激光测微法测量单丝模量

3.1 引言

3.2 系统的稳定性与重复性

3.3 激光测微法与常规测试法对比分析

3.4 系统柔量的校正

3.5 激光测微法与常规实验方法实验结果对比

3.6 拉伸曲线分析

3.7不同纤维结果对比

3.8 本章小结

第4章 激光测微法的影响因素

4.1 引言

4.2 试样卡材质的影响

4.3 标记种类的影响

4.4标记长度的影响

4.5 试样长度的影响

4.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

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