FRP/金属叠层板粘接界面强化机理与方法研究

摘要

FRP/金属叠层板具有强度高、耐疲劳和抗冲击性等特点，在航空航天等领域得到广泛应用。然而由于复合材料面板与金属基底性能差异很大，同时两者之间通过粘接方式连接，造成界面性能较弱，导致在其在制造与使用的过程中经常出现层间分层损伤，引发结构破坏与失效。因此，开展提升FRP/金属叠层板粘接强度的研究具有十分重要的工程意义。
　　本文首先通过对复合材料面板的制备与金属基底的加工，制备出具有不同金属表面粗糙度的FRP/金属单搭接试件，研究FRP/金属叠层板在拉伸载荷作用下的力学性能，得到金属基底的表面粗糙度与拉伸载荷之间的关系。
　　其次通过对芳纶短纤维薄膜的制备，在FRP/金属叠层板界面添加芳纶短纤维层进行增韧，以获得良好的界面粘接韧性和整体的结构性能。在非对称双悬臂梁试验的基础上，分别研究了芳纶短纤维与金属表面粗糙度对FRP/金属叠层板界面增韧的影响。选用临界能量释放率Gc作为判断依据，分析了芳纶短纤维增韧与金属表面粗糙度分别作用下的层间裂纹扩展行为。
　　最后通过光学观测，研究了芳纶短纤维增韧界面的微观力学与增韧机理，解释了芳纶短纤维增韧对FRP/金属层合板结构性能的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 FRP／金属叠层板结构组成

1．2．1 各组分材料

1．3 FRP／金属叠层板粘接机理研究进展

1．4 本文的主要研究内容及意义

2 FRP／金属叠层板粘接机理

2．1 前言

2．2 粘接理论和机理

2．2．1 机械互锁理论

2．2．2 表面润湿与吸附理论

2．2．3 其他粘接理论

2．3 表面粗糙度对粘接强度的影响机理

2．4 表面形貌的评定

2．4．1 表面粗糙度的二维评定

2．4．2 表面粗糙度的三维评定

2．5 短纤维增韧机理

2．6 小结

3 具有不同金属表面粗糙度的FRP／金属叠层板力学行为研究

3．1 前言

3．2 复合材料单搭接构件制备

3．2．1 试件尺寸与设计

3．2．2 玻璃纤维增强树脂基复合材料制备

3．2．3 不同表面粗糙度的金属基底制备

3．2．4 试件组装与加压固化

3．3 FRP／金属叠层板构件在拉伸载荷下的力学性能

3．3．1 试验装置与方法

3．3．2 位移-载荷曲线与破坏模式

3．4 小结

4 具有短纤增韧的FRP／金属叠层板力学行为研究

4．1 前言

4．2 短纤维材料力学性能

4．3 短纤维薄膜的制备工艺

4．2．1 短纤维的制备

4．2．2 短纤维的分离以及短纤维薄膜的制备

4．4 具有短纤维增韧的FRP／金属叠层板的制备工艺

4．4．1 试件设计与尺寸

4．4．2 试件材料体系与参数

4．4．3 试验装置与方法

4．5 界面能量释放率测试结果与讨论

4．5．1 典型的位移-载荷曲线

4．5．2 典型的表面粗糙度-临界载荷散点图

4．5．3 界面临界能量释放率

4．5．4 增韧机理与界面分析

4．6 小结

5 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢