樹(shù)脂基復(fù)合材料老化和疲勞壽命預(yù)測(cè).pdf

1、樹(shù)脂基復(fù)合材料在航空航天、船艇、汽車(chē)等行業(yè)中廣泛應(yīng)用時(shí)，承受著外部環(huán)境老化和復(fù)雜疲勞載荷作用。其自身的多樣性以及自然老化的氣候可變性，使得此類材料的性能分析和壽命預(yù)測(cè)十分復(fù)雜，研究人員提出了人工加速老化和疲勞主要因素的方法。新近出現(xiàn)的氙燈人工氣候老化方法，能與自然老化有更好的相關(guān)性，但其老化機(jī)理鮮有研究。樹(shù)脂基復(fù)合材料的疲勞壽命預(yù)測(cè)已有一定研究，但多為先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料，同時(shí)濕熱條件下的疲勞分析有待深入。
　　 本文在總結(jié)樹(shù)脂基

2、復(fù)合材料老化和疲勞理論的基礎(chǔ)上，分別在濕熱老化、鹽霧老化、海水老化、紫外老化和氙燈人工氣候老化等五種條件下，開(kāi)展了玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層合板的試驗(yàn)研究。通過(guò)比較五種老化試樣的外觀、靜態(tài)力學(xué)性能、吸水率和失重率的變化，分析了溫度、濕度、紫外和鹽分四種常見(jiàn)老化因素的影響規(guī)律;通過(guò)測(cè)定氙燈人工氣候老化試樣的動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)、傅氏轉(zhuǎn)換紅外光譜(FTIR)和掃描電鏡(SEM)，分析了濕熱條件下材料的老化和疲勞損傷機(jī)理;根據(jù)加速老化與自

3、然老化的靜態(tài)力學(xué)性能值，計(jì)算加速老化因子，建立壽命預(yù)測(cè)模型。通過(guò)氙燈老化前后試樣的拉-拉疲勞試驗(yàn)，分析了不同鋪層、濕熱環(huán)境對(duì)復(fù)合材料的疲勞性能的影響，最后基于剛度降模型估算出其疲勞壽命，并用S-N曲線進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 五種老化的試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著老化的進(jìn)行，試樣表面的裂紋和氣泡增多，彎曲斷裂逐漸呈現(xiàn)韌性斷裂;海水老化試樣最先達(dá)到最大吸水率，而氙燈老化試樣和紫外老化試樣的吸水率小、失重率大;除了海水老化試樣的彎曲強(qiáng)度顯著降低外，其

4、余均只有小幅波動(dòng);五種老化試樣的巴氏硬度均降低，其中氙燈老化試樣和紫外老化試樣的巴氏硬度較大;氙燈老化過(guò)程中，復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量和損耗模量明顯增加，tanδ和Tg略有下降;氙燈老化后的試樣的紅外吸收峰位不變、峰強(qiáng)增加，乙烯基樹(shù)脂復(fù)合后峰位略移、峰強(qiáng)降低。因此，紫外輻射是主要老化因素，溫度和鹽分腐蝕能大大加速老化進(jìn)程，濕度促進(jìn)基體降解，纖維影響了樹(shù)脂交聯(lián)和降解。采用環(huán)境綜合因子、老化時(shí)間和剩余彎曲強(qiáng)度的關(guān)系式描述樹(shù)脂基復(fù)合材料的使用壽命，