复合材料层压板层间颗粒增韧技术

摘要

对树脂基体复合材料采取层间颗粒增韧是提高复合材料层压板韧性、抗冲击能力和抗分层能力的有效途径,在保持原有复合材料湿热性能的前提下,通过层间颗粒增韧,还可以改善垂直纤维方向的强度、抗疲劳性能以及耐溶剂性,并不影响原有的成型工艺.因此层间颗粒增韧技术为复合材料在飞机主承力结构的应用提供了有力的技术支持.该文采用层间颗粒增韧技术制备试验件,基于提高冲击后压缩强度(CAI)和考察损伤阻抗、损伤容限的目的,试验测试了Ⅱ型层间断裂韧性G<,Ⅱc>、准静压痕(QSI)试验的分层起始能量和接触力-凹坑深度关系.根据试验结果筛选了合适的增韧配方,并对损伤容限和损伤阻抗的表征参数进行了探讨.对增韧机理的分析表明,由增韧颗粒和基体树脂所形成的层间区具有良好的韧性及有效吸收断裂能量的微结构,因此,通过层间增韧可以显著提高复合材料的韧性并抑制分层的发生.对一些影响层间增韧效果的参数进行总结归纳,从被增韧体系、增韧颗粒和工艺三方面为层间颗粒增韧复合材料的实际工程应用和开发提供技术支持.该文的最后还借助于有限元方法对层间增韧复合材料进行了宏观和细观断裂韧性分析,基于Mori-Tanaka等效夹杂理论,计算了颗粒含量和尺寸对J积分的影响,有限元分析的结果同样表明层间增韧可以有效的降低裂纹尖端应力水平,并暗示界面是可能存在的失效原因,所进行的数值分析起到了进一步支持和解释增韧机理的作用.

目录

文摘

英文文摘

符号对照表

第一章绪论

1.1复合材料层间增韧的背景和概念

1.2层间胶膜增韧

1.3层间颗粒增韧

1.4表征复合材料韧性及冲击性能的特征参数

1.5本文研究目的和工作重点

第二章层间颗粒增韧的试验研究

2.1试验原材料

2.2试验件制备

2.3 Ⅱ型层间断裂韧性试验

2.3.1端边切口试验件

2.3.2试验

2.3.3试验数据处理

2.4准静态球面压痕(QSI)试验

2.4.1准静态压痕试验件

2.4.2试验

2.4.3试验数据处理

2.5 Ⅰ型层间断裂韧性试验

第三章试验结果分析

3.1试验件分析

3.2 Ⅱ型层间断裂韧性试验结果分析

3.3准静态压痕(QSI)试验结果分析

3.3.1层间开裂门槛值

3.3.2接触力与凹坑深度

3.4 Ⅰ型层间断裂韧性试验结果分析

3.5本章小节

第四章增韧机理与影响因素分析

4.1层间颗粒增韧机理分析

4.1.1增韧机理综述

4.1.2物理化学相容性

4.1.3层间增韧的几何效应

4.1.4层间颗粒增韧的微小胶膜效应

4.1.5裂纹扩展路径控制

4.1.6颗粒的变形和破坏

4.1.7基体的剪切屈服和微裂纹

4.2影响层间颗粒增韧的因素

4.2.1被增韧体系的影响

4.2.2增韧颗粒的影响

4.2.3工艺

4.3本章小节

第五章层间增韧机理的有限元分析

5.1文献综述

5.2等效夹杂模型和J积分

5.2.1基于Mori-Tanaka等效夹杂的分析方法

5.2.2 J积分

5.3层间增韧复合材料的宏观断裂韧性研究

5.3.1计算模型

5.3.2 Ⅰ型断裂韧性分析

5.3.3 Ⅱ型断裂韧性分析

5.4细观断裂韧性分析

5.5本章小节

第六章结论与展望

6.1主要结论

6.2对今后工作的展望

参考文献

致谢

西北工业大学学位论文知识产权声明书及原创性声明