Z-pin增强树脂基复合材料单搭接头连接性能研究

摘要

Z-pin三维增强技术具有显著的层间增韧效果,利用Z-pin技术增强树脂基复合材料单搭接头,提高单搭接头的剪切性能、抗剥离及抗分层能力。为了探索 Z-pin对单搭接头的增强机理及Z-pin植入参数对单搭接头连接性能的影响规律,本文研究了:
　　(1)采用自动化技术成功制备了单搭接头增强用Z-pin预制体,并成功制备Z-pin增强单搭接头试样。通过桥率试验测试了Z-pin与复合材料基体界面结合强度,实验结果表明:Z-pin具有良好的桥联作用及抗抗剪切性能。
　　(2)对不同参数Z-pin增强单搭接头进行拉伸试验,实验结果表明:与无Z-pin空白试样相比,Z-pin明显提高了单搭接头的拉伸性能,剪切强度最高达1.3倍;单搭接头拉伸强度随着Z-pin体积分数增加而线性增加;而Z-pin对复合材料基体损伤随着直径增加,随着植入角度变化而变化。
　　(3)对不同参数 Z-pin增强单搭接头进行三点弯曲试验,实验结果表明:Z-pin增强单搭接头具有比无Z-pin接头试样更高的弯曲承载能力,弯曲失效载荷可提高1.3倍;弯曲载荷随着体积分数增加呈现为先增加后下降的趋势;Z-pin直径对弯曲连接性能有很大提高;而不同Z-pin植入角度对Z-pin增强单搭接头弯曲性能影响不显著。
　　(4)采用落锤冲击试验机对不同参数Z-pin增强单搭接头进行试验,实验结果表明:Z-pin能明显增强单搭接头抗冲击能力,提高了冲击后拉伸强度;Z-pin体积分数及Z-pin直径增加了厚度方向弹性模量,降低了冲击凹痕深度;Z-pin体积分数提高了Z-pin单搭接头层间韧性,降低了冲击损伤面积,提高了冲击损伤后拉伸强度,而 Z-pin直径则得到相反结论;冲击能量越大,冲击损伤越大,冲击后拉伸强度越低。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 复合材料连接技术发展

1.2 Z-pin增强技术发展

1.3 Z-pin增强接头连接技术

1.4 本课题研究意义及内容

第二章 Z-pin增强单搭接头制备

2.1 Z-pin拉挤工艺

2.2 Z-pin性能研究

2.3 Z-pin增强树脂基复合材料单搭接头试样制备工艺

2.4 本章小结

第三章 Z-pin增强树脂基复合材料单搭接头拉伸性能

3.1 Z-pin增强树脂基复合材料单搭接头拉伸试验规划

3.2 拉伸试验结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 Z-pin增强树脂基复合材料单搭接头弯曲性能

4.1 Z-pin增强树脂基复合材料单搭接头弯曲试验规划

4.2 试验结果及讨论

4.3 本章小结

第五章 Z-pin增强树脂基复合材料单搭接接头冲击性能

5.1 Z-pin增强树脂基复合材料单搭接头冲击试验规划

5.2 冲击试验结果及讨论

5.3 Z-pin增强树脂基复合材料单搭接头冲击后拉伸试验规划

5.4 冲击后拉伸试验结果及讨论

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文