三维编织复合材料在高温环境下冲击压缩破坏性质

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三维编织复合材料具有结构整体性和一次成型复杂外形工程结构的特点。在冲击加载下不产生分层破坏,在耐冲击结构设计中得到广泛应用。在高温条件下,三维编织复合材料具有迥异于常温条件下的力学性质,研究高温条件下三维编织复合材料力学性质具有重要的理论价值和实际意义。成功自行设计高温环境装置,与实验室现有分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置相配合,探索高温下动态冲击压缩测试技术,利用此技术进行三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料的冲击压缩性能测试,结合环氧树脂基体的温度动力学性能测试,研究三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料冲击压缩性质的温度效应和应变率效应,得到如下成果和结论:(1)高温动态测试采用预加温方式设计,避免温度对分离式Hopkinson压杆和结果信号采集的影响。利用有限元分析方法分析三维编织复合材料试样的传热性能,确定试样达到设定温度所需加热时间。(2)环氧树脂的玻璃化转变温度(Tg)是其热力学性能的一个重要指标,环氧树脂基体温度动力学性能测试结果表明,测试温度低于其玻璃化转变温度时,环氧树脂力学性能稳定在一个很高水平;测试温度超过其玻璃化转变温度时,其力学性能迅速下降。(3)三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料具有显著温度效应,随着测试温度增加,复合材料压缩模量迅速下降,尤其在环氧树脂基体的玻璃化转变温度附近出现明显转折;失效应力和比能量吸收随着温度增加逐渐下降,失效应变随着测试温度增加而增加。(4)三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料是一种应变率敏感材料,应变率越高,复合材料失效应力、失效应变和比能量吸收越大;压缩模量随着测试温度不同而变化,在较低测试温度下,应变率越高,压缩模量越大,在较高测试温度下,则趋势相反;三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料对应变率没有温度敏感。(5)三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料在高温下的压缩模量主要受到环氧树脂基体主导,失效强度受到三维编织预制件增强体作用的影响较大。(6)三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料压缩失效模式在高应变率下主要为剪切变形,并且随着测试温度增加,破坏程度逐渐增加,但是在低应变率下,主要失效模式为基体开裂破坏。
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