T700碳纤维/环氧复合材料超低温力学性能研究

摘要

可重复使用的航天运载器(RLV)是当前航天领域发展的迫切需求，作为运载器的关键结构的超低温液体推进剂的贮箱在质量上和体积上在运载器中占极大的比例，制造轻质高强的贮箱对运载器发展有重大意义。碳纤维增强环氧树脂基复合材料具有较高的比强度和比模量和良好的热学性能，是制备超低温贮箱的首选材料之一。而超低温贮箱需要同时承受超低温和机械载荷的作用，这就对制造材料提出了严格的要求，需要对复合材料在超低温环境下的力学性能和损伤特性进行深入研究。
　　结合低温液氧贮箱的实际工况，针对两种铺层方式（单向铺层、正交对称铺层）的T700碳纤维/环氧复合材料，借助超低温实验装置，对其超低温拉伸性能和弯曲性能进行了充分的实验测试与理论分析。借助环境扫描电镜，动态观测经过液氧浸泡和超低温/常温热循环之后复合材料微观结构的损伤扩展规律并同步测试经过同样处理的试样的超低温弯曲性能变化规律，分析微观损伤对宏观力学性能的影响。
　　结果表明，在超低温环境下，两种铺层方式的复合材料拉伸强度均下降，拉伸模量均上升，弯曲强度和弯曲模量均大幅度的升高。
　　经过液氧浸泡和超低温/常温热循环处理之后，复合材料微观结构发生破坏，有微裂纹产生，单向复合材料产生的微裂纹随着浸泡时间和循环次数增加，脱粘数量增加，微裂纹逐渐扩展;而正交复合材料微裂纹大多贯穿单独铺层，且在较短时间和较少次数时即产生，随着浸泡时间和循环次数增加，微裂纹密度逐渐增加，外层裂纹密度增加大于内层。单向复合材料超低温弯曲强度和弯曲模量均随着浸泡时间和循环次数的增加呈先上升后下降趋势，正交复合材料超低温弯曲强度和弯曲模量均随着浸泡时间和循环次数的增加呈先下降后上升趋势。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 纤维增强树脂基复合材料发展及其在低温领域的应用

1．1．1 纤维增强复合材料

1．2．2 纤维增强树脂基复合材料在低温领域的应用

1．3 纤维增强复合材料低温性能研究现状

1．4 本文研究背景与意义

1．5 本文主要研究内容

1．5．1 本文主要研究内容

2 复合材料的制备及分析模型

2．1 复合材料的制备

2．1．1 复合材料成型工艺

2．1．2 复合材料试样制作流程

2．2 复合材料细观力学性能分析方法

2．2．1 复合材料细观模型

2．2．2 复合材料残余应力分析方法

2．3 本章小结

3 超低温环境对复合材料力学性能的影响

3．1 单向复合材料的常温力学性能及超低温力学性能研究

3．1．1 单向复合材料常温及超低温拉伸性能测试

3．1．2 单向复合材料常温及超低温拉伸破坏形貌分析

3．1．3 单向复合材料常温及超低温弯曲性能测试

3．1．4 单向复合材料常温及超低温弯曲破坏形貌分析

3．2 正交复合材料的常温力学性能及低温力学性能研究

3．2．1 正交复合材料常温及超低温拉伸性能测试

3．2．2 正交复合材料常温及超低温拉伸破坏形貌分析

3．2．3 正交复合材料常温及超低温弯曲性能测试

3．2．4 正交复合材料常温及超低温弯曲破坏形貌分析

3．3 本章小结

4 超低温处理对复合材料力学性能的影响

4．1 超低温处理实验设计

4．2 超低温处理对复合材料结构的影响

4．2．1 超低温处理后单向复合材料中裂纹的扩展规律

4．2．2 超低温处理后正交复合材料中裂纹的扩展规律

4．3 超低温处理对单向复合材料力学性能的影响

4．3．1 超低温浸泡对对单向复合材料力学性能的影响

4．3．2 超低温／常温热循环对单向复合材料力学性能的影响

4．4 超低温处理对正交复合材料力学性能的影响

4．4．1 超低温浸泡对正交复合材料力学性能的影响

4．4．2 超低温／常温热循环对正交复合材料力学性能的影响

4．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢