預(yù)浸織物復(fù)合材料本構(gòu)關(guān)系研究.pdf

1、預(yù)浸樹(shù)脂的碳纖維織物復(fù)合材料是空間充氣結(jié)構(gòu)所用材料中一種重要的可固化材料。在充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的折疊打包、存儲(chǔ)、發(fā)射升空、充氣、控制展開(kāi)以及姿態(tài)調(diào)整等諸多階段，預(yù)浸織物復(fù)合材料均處于未固化階段。由于細(xì)觀結(jié)構(gòu)上的差異，未固化預(yù)浸織物復(fù)合材料的力學(xué)特性，既不同于做為基體的樹(shù)脂材料，也不同于起增強(qiáng)作用的純織物材料，更不同于固化后的織物復(fù)合材料。固化后的預(yù)浸纖維復(fù)合材料織物中，雖然其內(nèi)部織物也是編織而成的，但它的編織結(jié)構(gòu)已被樹(shù)脂所固化，其纖維已不能繞

2、其交織點(diǎn)相互轉(zhuǎn)動(dòng)；未固化預(yù)浸織物材料在變形中，其織物中的纖維可以繞其交織點(diǎn)相互轉(zhuǎn)動(dòng)，但與織物材料中纖維可以繞其交織點(diǎn)相互轉(zhuǎn)動(dòng)不同的是，這種材料中纖維的轉(zhuǎn)動(dòng)由于樹(shù)脂材料的存在而有一定的阻力。 本文對(duì)以含有固化劑的環(huán)氧樹(shù)脂為基體材料，以二維平紋編織碳纖維材料為增強(qiáng)材料而組成的預(yù)浸織物復(fù)合材料的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了研究。對(duì)含有固化劑的環(huán)氧樹(shù)脂，這種粘塑性材料的本構(gòu)行為進(jìn)行了研究，給出了剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系，揭示了這種高分子材料的流變

3、性質(zhì)。建立了在理想約束條件下，含有固化劑的環(huán)氧樹(shù)脂材料的非線性本構(gòu)關(guān)系，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)定性地證明了這一模型的正確性。另外，本文通過(guò)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的方法，推導(dǎo)了織物胞元的本構(gòu)模型，并且在織物純剪切變形條件下，確定了織物胞元的附加擠壓應(yīng)力的模量，從而建立了含有固化劑的環(huán)氧樹(shù)脂碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料固化前的本構(gòu)模型。該模型即考慮了織物胞元剪切變形時(shí)，織物纖維之間間的擠壓作用，又考慮了基體材料樹(shù)脂流變特性的影響。 本文對(duì)應(yīng)用于預(yù)浸織物復(fù)合材料剪切

4、測(cè)試的像框試驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，采用滾動(dòng)軸承減小了在純剪切變形時(shí)，像框機(jī)構(gòu)之間的摩擦力；應(yīng)用十字形試件形狀，減小了在剪切初始階段，試件與像框之間的擠壓。測(cè)定了織物間的擠壓模量與剪切角度的關(guān)系，給出了不同溫度及不同拉伸速度條件下預(yù)浸織物材料的位移與載荷的關(guān)系，并且得到隨著溫度及拉伸速度的提高，材料的載荷將會(huì)逐漸下降。 本文通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了所建立的預(yù)浸織物復(fù)合材料本構(gòu)模型的正確性。利用該模型，一方面可以了解由這種材料所組成的空間充氣結(jié)構(gòu)的靜