预埋增强介质对GFRP特殊环境下弯曲性能影响的研究

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随着我国海上军事力量的不断强大,对舰载机上玻璃纤维复合材料(GFRP)在海上盐雾环境及高空低温(-50℃-60℃)环境下的力学性能要求不断提高。舰载机上玻璃纤维复合材料(GFRP)在海上服役时容易出现分层和老化等缺陷。本文针对上述问题,利用碳纳米纸铺设在GFRP层间来减少海上盐雾环境的腐蚀,同时抑制GFRP在高空低温飞行时产生的层间分层等缺陷,提高GFRP的弯曲性能。具体内容如下:首先,针对舰载机上GFRP在高空低温环境飞行时可能出现的弯曲断裂问题,对预埋增强介质的GFRP层合板低温弯曲性能进行研究。制备层间预埋碳纳米纸和碳粉薄膜的GFRP层合板,进行低温环境下的三点弯曲实验,分析弯曲应力-应变曲线得出:低温环境下,预埋碳纳米纸的试件弯曲强度提高了74.9%、预埋碳粉薄膜的试件弯曲强度提高了51.5%。其次,针对舰载机上GFRP在盐雾环境和高空低温环境飞行时可能出现的老化和弯曲断裂问题,对预埋增强介质的GFRP层合板盐雾老化后低温弯曲性能进行研究。分析弯曲应力-应变曲线得出:盐雾老化14天后,预埋碳纳米纸的试件低温弯曲强度相比无预埋的试件提高了87.3%、预埋碳粉薄膜的试件低温弯曲强度相比无预埋的试件提高了57.1%。最后,针对舰载机上GFRP材料在海上盐雾环境和高空低温环境飞行时可能出现的弯曲疲劳老化和断裂等问题,对预埋增强介质的GFRP层合板在盐雾老化后,进行低温弯曲疲劳性能实验。通过疲劳曲线图分析得出:在相同应力下,预埋碳纳米纸的GFRP层合板的低温疲劳寿命优于预埋碳粉和无预埋的GFRP层合板,预埋碳纳米纸能提高盐雾老化后的纤维/树脂界面结合力,进而提高弯曲疲劳性能,最后均采用扫描电镜对试件失效区微观形貌进行观测以验证分析的正确性。
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