碳纤维/环氧复合材料B基准值计算及其影响因素分析

作     者：汪梓迅 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：矫维成

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：碳纤维/环氧复合材料 B基准值 单点法 多环境样本合并法 

摘      要：21世纪以来,树脂基复合材料已由军用领域不断向民用领域转变,在结构件中,复合材料的占比越来越大。在复合材料的结构设计中,复合材料的设计许用值是最关键的参数之一。通常采用B基准值这一统计量作为复合材料的许用值,B基准值是定义在95%置信度下的90%置信下限值。探索出精确度高、测试成本低的复合材料B基准值计算方法,是复合材料安全、可靠、广泛应用的保障。目前国内B基准值计算研究尚处在跟踪国外阶段,存在着对计算的本质认识不足,影响其计算结果的因素本质尚不清晰等诸多问题。因此,本文以碳纤维/环氧树脂基复合材料为研究对象,对B基准值计算过程的影响因素及本质进行研究。首先,为了得到足够的合理样本数据,本文采用手糊成型工艺、热压成型工艺、预浸料-热压罐成型工艺、缠绕成型工艺等方法制备了一批碳纤维增强环氧树脂基复合材料。严格根据ASTM和SACMA等相关标准,开展了不同温度下的0°拉伸、0°压缩、90°拉伸、三点弯曲、层间剪切等力学性能实验,并对各种实验破坏模式一致性进行分析,保障了计算B基准值数据来源的科学性。其次,本文在诸多专家学者的研究基础之上,详细分析了单点法与多环境样本合并法的计算原理、计算过程、适用条件、工程经验判断因素等内容,并且对部分统计学及计算原理进行深入研究,提出了部分计算步骤的新方法、新思路。利用软件实现了单点法的计算,并对计算结果的可靠性进行分析,具有一定的工程意义。最后,对各种计算方法及各种因素对B基准值的计算结果的影响本质进行研究。利用软件分析计算大量实例,确定了与其他方法相比,CMH-17G计算流程的科学性;结合SEM微观分析,树脂的固化理论及工程实例判断出了成型工艺、温度、老化时间、实验设备与标准等因素影响B基准值计算结果的本质原因:通过改变宏观上的力学性能离散系数而改变B基准值的计算结果。