碳纤维/环氧树脂点阵夹芯圆柱壳制备及力学行为研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuyan123
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具有周期性排列特征的碳纤维增强树脂基复合材料点阵夹芯结构材料由于其密度低、力学性能优异且可为热的传导预留空间,作为一类新型轻质高强结构材料在航天航空领域具有广阔的应用前景。但针对复合材料点阵夹芯结构,平板型试件的制备工艺比较繁琐,不利于向工程领域进行推广,而针对圆筒型试件其力学性能研究较少。基于此,本文开展了关于金字塔点阵芯子一体化制备工艺的研究,从结构设计—制备—力学性能评价角度开展了工作。利用扫描电子显微镜对采用几种常用碳纤维增强树脂基复合材料的加工方式加工的试件切割面进行表征,发现高压水切割的加工方式在切割层合板时将会有一定的几率致其分层,金刚石纱线切割会将切割面的纤维切断,激光切割法会将边缘处的树脂烧蚀掉,而精雕雕刻机的方式造成的损伤最小。现阶段在进行金字塔点阵夹芯结构制备时多采用嵌锁组装法或纤维束编织工艺,这种制备工艺需要的手工操作过多,制备效率很低,并且有较高难度保证试件的制备精度。本文自主设计了一套热压模具,并成功一体化成型制备出碳纤维复合材料金字塔点阵平板型芯子与圆筒型芯子,大大的提高了试件的制备效率。对平板型试件进行了平压性能测试,发现其主要的失效模式为斜杆的断裂,测得平压强度为0.57MPa,平压模量为11.4MPa;对其进行剪切性能测试,主要的失效模式为先有部分斜杆断裂,然后发生了面芯脱粘,剪切强度为0.51MPa,剪切模量为13.71MPa。对于圆筒型试件首先进行了振动性能测试,测试模式为自由振动,测试的试件有三种不同的厚度,分别为0.4mm,0.6mm以及0.8mm,发现试件的厚度越大,试件的固有频率越高,抵抗振动的能力越强;又对其进行了轴向压缩载荷下的性能测试,发现试件的失效模式都是先发生局部屈曲而后面板压溃,但是随着试件厚度的增加,局部屈曲的时间是逐渐减小的,面板压溃为主要失效模式,所能承受的极限载荷是逐渐增大的。
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