铺层复合材料冲击破坏机理及不同混杂结构冲击后剪切性能

摘要

为了探究铺层复合材料的冲击损伤机理和混杂对铺层复合材料冲击性能的影响，本课题系统地比较和研究了不同混杂结构的铺层复合材料的冲击性能，为进一步探究复合材料的抗冲击机理，对冲击后的铺层复合材料进行剪切测试，并利用体视显微镜对冲击和剪切后的复合材料试样截面损伤情况进行观察，分析其冲击和剪切破坏模式。
　　本文首先对[0/90/0/90]2s和[+45/-45/0/90]2s单向布铺层以及平纹布正交铺层方式的T300/环氧复合材料层合板进行低速冲击实验，在圆形试样的基础上比较不同铺层结构的复合材料在冲击性能方面的差异，从冲击能量传播的角度分析不同铺层结构复合材料的冲击破坏机理。并在ABAQUS有限元模拟的基础上分析冲击破坏的能量传播机理。
　　然后对碳纤维平纹布铺层复合材料、碳纤维和玻璃纤维混织平纹布铺层（层内混杂）复合材料、碳纤维平纹布和玻璃纤维的平纹布间隔铺层（层间混杂）的复合材料、碳纤维平纹布和碳纤维单向布间隔铺层（层间混杂）的复合材料、碳纤维和玻璃纤维混织布与碳纤维单向布间隔铺层（层间混杂+层内混杂）复合材料五种不同结构的复合材料层合板进行冲击测试，通过剪切试验来比较不同试样冲击后的残余力学性能，并设置对照组（未经冲击测试的试样）进行剪切测试，从而探究不同铺层结构的复合材料抗冲击性能的差异。
　　实验和分析结果表明：
　　1、冲击能量的传播与复合材料层合板中织物沿厚度方向的铺层结构有关，也与每一层织物内纤维的方向和纤维之间的交织结构有关，冲击能量在排列很直的纤维中传播很快，沿纤维轴向的损伤更容易传递，所以单向布铺层的复合材料与平纹布铺层的复合材料相比，冲击中心区域的损伤小但是损伤的范围大，纤维的弯曲会降低冲击能量沿纤维轴向的传播速度，平纹织物中每一层纤维存在交织点，冲击能量集中在冲击中心区域，使得平纹布铺层复合材料的冲击损伤集中于冲击中心处且损伤程度比单向布铺层的复合材料大，出现更多的纤维断裂情况。在铺层复合材料中纤维排列的方向越多，沿纤维轴向传播的能量方向也就越多，冲击能量在每一层的面内传播地更均匀，有利于减轻复合材料受冲击的损伤程度。
　　2、在碳纤维和玻璃纤维混杂比相同的情况下，层间混杂结构的复合材料抗冲击性能优于层内混杂结构，表现出较高的抗冲击载荷峰值和较小的冲击损伤面积和冲击凹陷位移。
　　3、在剪切作用下，平纹布铺层结构的复合材料试样裂纹多表现为纤维的断裂；而平纹布和单向布间隔铺层结构的复合材料损伤主要为层间分层损伤。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2混杂技术

1.3存在的问题及研究展望

1.4 本文的研究意义及内容

第二章 复合材料的制备

2.1预制件成型

2.2 复合材料成型工艺

2.3 本章小结

第三章 复合材料层合板低速冲击损伤机理研究

3.1实验研究

3.2实验结果与分析

3.3仿真模型的建立与探究

3.4 本章小结

第四章 混杂复合材料冲击和剪切性能测试

4.1复合材料试样的准备

4.2冲击试验

4.3剪切试验

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间发表论文情况

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