碳纖維纏繞復(fù)合材料筒體軸壓行為的研究.pdf

1、碳纖維具有高強、高模、質(zhì)輕等優(yōu)良的力學(xué)性能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用各個領(lǐng)域。纏繞成型是纖維復(fù)合材料的一種重要的成型方式，適合中空制品，這通常要求材料能夠承受高壓等特殊條件，通過研究復(fù)合材料筒體的軸壓行為并進行有限元的模擬，可比較全面的了解材料在外界作用下的承受能力和薄弱環(huán)節(jié)，從而指導(dǎo)和改進生產(chǎn)實踐。
　　本實驗集中研究了筒體尺寸、纏繞角度、預(yù)裂紋角度、碳納米管對纏繞筒體壓縮行為的影響。壓縮測試實驗表明，長徑比為2∶1的筒體的壓縮性能要比長

2、徑比為1∶1的好，加強層能明顯改善筒體端部的強度，并提高了纏繞筒體整體的壓縮性能。實驗具體研究了20°、40°、60°和80°的四種纏繞角度的筒體，結(jié)果表明隨纏繞角度的增加，筒體的壓縮強度減小，應(yīng)變增加，但40°纏繞角例外，其壓縮強度和應(yīng)變要小于20°、60°和80°，壓縮模量隨角度增加而持續(xù)減小，壓縮效率隨角度增加而升高。同時，在宏觀上，除40°纏繞角外筒體主要沿纖維纏繞方向破壞。各角度筒體的破壞機理不同，20°纏繞筒體為脆性破壞，4

3、0°為局部鼓起破壞，60°和80°為橫斷剪切破壞。通過光學(xué)顯微鏡觀察筒體破壞后的碎末以及破壞機理的分析，再次證實了壓縮效率隨角度增加而升高。
　　通過對筒體壓縮過程的破壞路徑分析，推測預(yù)裂紋角度越接近于筒體纏繞角度時，筒體壓縮強度及模量越低，實驗結(jié)果證實了這一推測。實驗中還觀察到，筒體在壓縮時總是從預(yù)裂紋處開始破壞，而有限元模擬結(jié)果與此一致。
　　碳納米管對復(fù)合材料筒體的壓縮強度沒有明顯的增強作用，但使筒體的模量明顯提高，剛