玻璃纤维/环氧树脂复合材料力学性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 14次 | 上传用户:xiachl141
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玻璃纤维/环氧树脂(GF/EP)复合材料因其优异性能而被广泛应用于各个领域,例如:机械制造、电子封装、航空航天等。但随着社会的不断进步,人们对GF/EP复合材料的要求也在不断的更高。为了进一步提高GF/EP复合材料的机械性能,充分了解GF/EP复合材料的各种条件下力学性能十分必要。为研究在静动态加载条件下以及微纳米尺度下的力学性能并对其在准静态以及动态的加载条件下的力学本构行为进行探究,实验材料选择了玻璃纤维(GF)含量分别为55wt.%、75wt.%.、95 wt.%的GF/EP试件进行以下的实验。对GF/EP材料在不同温度(50℃~110℃范围内)下进行了准静态下的单轴拉压试验,并且以在常温下的准静态下的单轴拉压试验作为对照,研究了GF/EP材料常温下的准静态力学性能以及温度对GF/EP材料准静态力学性能的影响。实验的结果表明:随着温度的升高,试件的弹性模量以及屈服强度均减小;使用ZWT粘弹性本构模型拟合GF/EP试样常温下的准静态压缩应力应变曲线,拟合结果较为理想,ZWT模型可以描述GF/EP试件的本构行为。对GF/EP材料进行动态压缩实验,得到试件在不同应变率下的应力-应变关系,表现出GF/EP材料动态力学行为的高度非线性,并且发现GF/EP在应变率大于某一临界值时,会体现应变率敏感性;GF含量75wt.%试件在试验中均发生脆性变形,而GF含量95wt%试件在发生脆性变形的同时也产生了塑性形变,说明GF的增加会在一定程度上增加材料的韧性。使用ZWT粘弹性本构模型拟合玻GF/EP试样在不同应变率下的应力应变曲线,拟合结果较为理想,ZWT模型可以描述GF/EP试件的本构行为。采用纳米压痕仪,对GF含量不同的三种环氧树脂(EP)进行了微纳米力学测试,分析了不同GF添加量对于环氧树脂材料力学性能的影响。随着GF的添加量增多,EP的承载能力得到提高,最大压入深度所对应的载荷更大,此外随着GF的添加量增多,达到相同压入深度所需加载时间延长;基于连续刚度法计算得到的GF增强EP材料的弹性模量及硬度随着GF含量的增加而增长,体现出高纤维含量EP的弹性抵抗性能以及局部压入抵抗能力的优异性;基于保载阶段得到材料的室温蠕变性能,复合材料压痕蠕变表现出类似单轴拉伸的两阶段蠕变特性。
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