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        層間短纖維的橋聯(lián)和增韌分析

        放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-09-13  來(lái)源:復(fù)材應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)  瀏覽次數(shù):46


              根據(jù)短纖維在層間雜亂分布和接近裂紋表面的特點(diǎn),考慮基體剝落和纖維拉出耦合,本文建立了一個(gè)層間短纖維橋聯(lián)模型,分析短纖維的層間增韌機(jī)理和主要影響因素。計(jì)算結(jié)果表明,纖維增強(qiáng)樹(shù)脂層板在層間加入少量的Kevlar短纖維時(shí),裂紋張開(kāi)位移導(dǎo)致短纖維從基體中剝離和拉出,在纖維相互干擾下,拉出過(guò)程中產(chǎn)生大的能量耗散,從而明顯地提高層間斷裂韌性。纖維界面性質(zhì)對(duì)△Glc。有重要影響,纖維雜亂分布引起的相互干擾及纖維初始彎曲,使層間斷裂韌性顯著增加。比較表明,AGIC的理論預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。

               纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料層板由于優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的工藝性和較低成本,在航空、航天、汽車等工程結(jié)構(gòu)中得到日益廣泛的應(yīng)用。層板在表面沖擊作用下和在高應(yīng)力集中區(qū)域內(nèi)容易誘發(fā)層間開(kāi)裂,所以自20世紀(jì)80年代初以來(lái),對(duì)于分層進(jìn)行了大量研究,同時(shí)亦有許多研究,旨在改善層合板殼的抗分層能力,提高層間斷裂韌性。比較常見(jiàn)的層間強(qiáng)韌化方法有縫合、韌性?shī)A層 (interleaf)等??p合可以使層間的G,c提高數(shù)十倍,是一種有效的途徑,但縫合改變了普通層板的成形工藝,導(dǎo)致面內(nèi)性能下降;韌性?shī)A層也可以明顯提高層間斷裂韌性,但結(jié)構(gòu)的重量/強(qiáng)度比增大。因此,如何更好地提高層間斷裂韌性仍然有待進(jìn)一步研究。

               斷裂韌性依賴于裂紋擴(kuò)展中的能量耗散,提高基體的韌性,是改善層間斷裂韌性的一種直接的方法,但受到基體材料性能的限制;在脆性材料中通過(guò)加入第二相材料,形成某種細(xì)觀結(jié)構(gòu),增加能量耗散,是重要的增韌途徑之一。Sohn和Hu的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在傳統(tǒng)的層板鋪層過(guò)程中,將少量的短纖維加入單層之間,從而使層間形成一種具有雜亂分布短纖維的細(xì)觀結(jié)構(gòu),在分層擴(kuò)展時(shí),短纖維橋聯(lián)可以產(chǎn)生明顯的增韌效果。實(shí)驗(yàn)采用5—7 mm長(zhǎng)的芳綸纖維,在鋪設(shè)時(shí)將之加入碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂層板的層間,可使Glc提高1倍以上。由于增韌效果明顯,而且與傳統(tǒng)工藝基本相同,具有成本低的優(yōu)點(diǎn),因此該方法是一種有廣泛應(yīng)用前景的層間增韌途徑。

                層間短纖維方向是雜亂的,而且?guī)缀跖c單層平行,其橋聯(lián)和能耗機(jī)制是特殊的,現(xiàn)有的分析方法,無(wú)論是垂直或傾斜于裂紋面的纖維橋聯(lián)模型,均不適用。本文對(duì)近裂紋面淺埋入或半埋入基體的纖維,基于纖維拉出與基體剝落相耦合,建立了一個(gè)新的橋聯(lián)模型,給出單根纖維橋聯(lián)力與張開(kāi)位移的關(guān)系,分析了能量耗散的機(jī)理與特點(diǎn),考慮纖維橋聯(lián)概率、界面性質(zhì)、纖維間的干擾及初始彎曲等,給出層間斷裂韌性增量的理論預(yù)測(cè),與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,并討論了影響層間增韌的一些主要因素。

        資料下載:   層間短纖維的橋聯(lián)和增韌分析.pdf
         
        關(guān)鍵詞: 短纖維
         
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