典型損傷對碳纖維復合材料電熱性能的影響研究.pdf

1、碳纖維復合材料不但具有高比強度和高比模量等優(yōu)良的力學性能，還具有良好的導電和導熱性能，這種結構和功能一體化的特點使碳纖維復合材料在工程上得到了廣泛的應用。大型風電葉片或飛機機翼常采用碳纖維復合材料鋪層用于電熱防冰或除冰，具有加熱功能與結構一體化、升溫速率快、加熱效率高、使用壽命長等優(yōu)點。然而碳纖維復合材料電熱鋪層在制造和運輸過程中容易產(chǎn)生各種損傷，不僅影響風電葉片低溫環(huán)境下防冰或除冰效果，而且還會造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至發(fā)生安全事故。因

2、此，掌握常見損傷對碳纖維復合材料電熱性能的影響規(guī)律，以及同質(zhì)修復對電熱性能的恢復效果顯得尤為重要。
　　考慮到風電葉片所用的材料體系，本文選用了無堿玻璃纖維三軸布/環(huán)氧樹脂體系和 VIMP工藝制備試樣基板，再將碳纖維布手糊成型制備得到完好試樣。通過人工預制損傷制備損傷試樣，主要包括穿孔損傷和低速沖擊損傷，采用貼補手糊工藝對穿孔損傷進行同質(zhì)修復。
　　本文根據(jù)碳纖維復合材料電熱鋪層在制造和運輸過程中產(chǎn)生的實際穿透性損傷，制備了

3、一系列不同損傷程度的損傷試樣，模擬穿透性損傷孔徑與試樣寬度在不同比例下（孔寬比）對碳纖維復合材料電熱性能的影響。結果表明，孔寬比對碳纖維復合材料電熱性能的影響呈非線性特征，對加熱溫度場非均勻性和局部最高溫度的影響顯著；孔寬比達到0.625時，電阻由0.746Ω增大到1.927Ω，局部最高溫度由78℃上升到139℃，已經(jīng)超出了復合材料允許的使用溫度環(huán)境，需要進行修復。采用同質(zhì)碳纖維復合材料對Φ30 mm損傷試樣進行了修復，研究了不同形狀、

4、不同鋪層厚度等修復方式對碳纖維復合材料電熱性能的影響。結果表明，雙層方形碳纖維補片修復能夠獲得更好的修復效果，修復后試樣電阻由0.913Ω恢復到0.654Ω，局部最高溫度下降了30℃。
　　本文采用落錘沖擊裝置來等效評估低速沖擊損傷，研究了不同沖擊損傷對碳纖維復合材料電熱性能的影響。結果表明，隨著沖擊能量的增大，損傷試樣電阻呈非線性增大，且在沖擊能量較大時，試樣電阻的增大幅度非常明顯；在沖擊位置的橫向會出現(xiàn)局部高溫效應，沖擊能量越