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纤维增强复合材料层间剪切强度测定方法的改进研究

纤维增强复合材料层间剪切强度测定方法的改进研究

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作者：韩天福大连海事大学

学位级别：硕士

纤维增强复合材料具有高比刚度、比强度,且具有灵活的可设计性,广泛应用于空天结构、载运工具、土木结构和体育器材等。纤维增强复合材料通常由高强度纤维(碳纤维、玻璃纤维等)与树脂基体组成,纤维逐层铺设,形成了超高的纤维层内强度,... 详细信息

纤维增强复合材料具有高比刚度、比强度,且具有灵活的可设计性,广泛应用于空天结构、载运工具、土木结构和体育器材等。纤维增强复合材料通常由高强度纤维(碳纤维、玻璃纤维等)与树脂基体组成,纤维逐层铺设,形成了超高的纤维层内强度,而在纤维层间主要依靠强度较弱的树脂传递载荷,易发生破坏,其中层间失效是纤维增强复合材料的一种重要失效方式,而层间剪切失效是层间失效的主要形式。因此,准确、方便地测量纤维增强复合材料的层间剪切强度,是制备与设计高性能复合材料的关键之一。目前层间剪切强度测量方法主要有双切口拉伸/压缩试验,短梁剪切试验、V型槽短梁法等。拉伸与压缩剪切试样需要双面开槽,试验对开槽尺寸要求比较严格,因此这类试验方法较少采用;短梁剪切试验应用相对较多,但是短梁试验的试样尺寸较小,在试验过程中常因发生弯曲破坏而不是层间剪切破坏,或发生拉伸-压缩-剪切共同作用的复杂破坏形式,降低试验有效率,严重影响试验效率;V型槽短梁法截面上剪切应力分布比较均匀,试验可同时获得试件的剪切模量和剪切强度,但是这种试验方法从夹具到试验片的制备均非常复杂,同时对加载位置精度要求较高,测得的剪切强度与试验片上开槽的形状密切相关,实用难度高。因此,需要对现有的试验方案进行改进,以便方便可靠地测量纤维增强复合材料层间剪切强度。本文的研究内容如下:1.通过查阅文献,综述了纤维增强复合材料剪切强度的研究进展,主要介绍层合板层间剪切强度各种测试评价方法及其优缺点。(详见第一章)2.介绍了经典层合板理论和各向异性弹性力学基础,详细分析了复合材料等效模量的计算方法,并以各向同性材料三点弯曲梁作为切入点,通过计算和分析说明三点弯曲试验测定层间剪切强度的原理。(详见第二章)3.通过深入分析双层层合梁,推导了n层层合梁弯曲正应力和切应力的计算公式,并通过数值分析验证了应力计算公式的正确性。(详见第三章)4.介绍了含V型槽的层间剪切试验的实验准备和试验过程,通过处理DHDAS动态信号采集分析系统采集到的数据,计算出了试件的层间剪切强度。(详见第四章)5.提出了通过在试件上下表面粘贴加强片,采用长梁法测定复合材料层间剪切强度的试验方案,从理论分析和试验验证两个方面以及与含V型槽的层间剪切试验进行对比的方式表明了试验方案的可行性。(详见第五章)

关键词：纤维增强复合材料层间剪切强度加强片长梁法

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