發(fā)布時間：2020-11-21 16:23

　　 三維編織復合材料是整體網(wǎng)狀編織復合結構,可以克服傳統(tǒng)層合板復合材料層間強度低、易分層等缺陷,還具有高比強度、耐腐蝕性、高損傷容限以及良好的抗沖擊等特性,在航空航天領域具有很好的應用前景。三維編織復合材料風扇葉片在服役期間暴露在循環(huán)交變濕熱環(huán)境下,其力學性能與抗沖擊性能均會發(fā)生變化,進而影響風扇葉片在服役過程中的可靠性,因此評估和預測三維編織碳纖維復合材料受到濕熱循環(huán)作用后的抗外物損傷能力對保障航空發(fā)動機在服役期間的安全性具有重要意義。本文以循環(huán)濕熱作用后的碳纖維樹脂基三維編織復合材料為研究對象開展了以下四方面的研究工作:(1)針對三維編織復合材料開展了循環(huán)濕熱老化試驗,得到其吸濕曲線并分析其吸濕機理,采用電子掃描顯微鏡對不同循環(huán)濕熱老化天數(shù)后的試樣內(nèi)部進行了觀察,討論了循環(huán)濕熱老化時間對三維編織復合材料內(nèi)部組分材料的影響。試驗研究表明:三維編織復合材料在循環(huán)濕熱老化280天內(nèi)并未達到飽和吸濕率,吸濕曲線符合Fick定律;三維編織復合材料內(nèi)部損傷面積隨著循環(huán)濕熱老化時間增加而增加,內(nèi)部形貌變化經(jīng)歷樹脂吸濕溶脹開裂、開裂面積擴大、纖維/樹脂界面脫粘形成裂紋、裂紋數(shù)量增多并持續(xù)擴展等四個歷程。(2)針對不同循環(huán)濕熱老化天數(shù)下的三維編織復合材料開展了準靜態(tài)拉伸試驗,試驗結果表明:三維編織復合材料在循環(huán)濕熱老化210天內(nèi),材料應力應變曲線呈線性變化,在循環(huán)濕熱老化280天時,材料應力應變曲線呈現(xiàn)明顯的雙線性變化;三維編織復合材料彈性模量在循環(huán)濕熱老化至140天時逐漸下降,最大下降15.2%,之后隨循環(huán)濕熱老化時間增加,其彈性模量略有反彈;失效應變在循環(huán)濕熱280天內(nèi)持續(xù)上升;泊松比在循環(huán)濕熱老化前期明顯下降,后期恢復,并超過未濕熱老化下三維編織復合材料的泊松比。(3)針對不同循環(huán)濕熱老化天數(shù)下的三維編織復合材料開展了不同應變率下的霍普金森壓桿試驗,分析循環(huán)濕熱老化對三維編織復合材料動態(tài)力學性能的影響。試驗結果表明:三維編織復合材料在循環(huán)濕熱前期,表現(xiàn)出一定的應變率相關行為,存在應變率強化效應;在循環(huán)濕熱老化后期,濕熱老化效應占主導作用,材料應變率相關行為不再明顯;循環(huán)濕熱老化對三維編織復合材料縱向動態(tài)壓縮強度有一定的積極作用,但長時間的循環(huán)濕熱老化會明顯削弱三維編織復合材料縱向承載能力。(4)針對不同循環(huán)濕熱老化下的三維編織復合材料開展了高速沖擊試驗,并結合高速攝影和工業(yè)CT掃描分析了高速沖擊下三維編織復合材料破壞機理以及破壞后形貌。試驗結果表明:三維編織復合材料靶板在同等沖擊速度下的吸收能量隨著循環(huán)濕熱老化天數(shù)的增加而增加,抗沖擊性能顯著提升;不同循環(huán)濕熱老化天數(shù)下三維編織復合材料靶板在高速沖擊下宏觀損傷形貌無明顯差異;三維編織復合材料在沖擊載荷下主要損傷方式包括:基體破碎、纖維/基體脫粘、纖維斷裂拔出。綜上,本文的研究工作可以為評估和預測航空發(fā)動機三維編織碳纖維復合材料葉片受到循環(huán)作濕熱用后的力學性能變化以及抗外物損傷設計提供一定的借鑒意義。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V25;V231.9
【部分圖文】：

南京航空航天大學碩士學位論文下滑及高速飛行過程中經(jīng)歷的環(huán)境變化，采用 14 天人工加速循環(huán)濕熱碳擬其一年的濕熱狀態(tài)，其中 24 小時（1440 分鐘）為循環(huán)濕熱老化譜的1 所示）,文中后續(xù)的濕熱老化循環(huán)數(shù)均以天數(shù)作為計量單位。濕熱老化譜行段 1：溫度 70℃，相對濕度 95%；2）平行段 2：溫度 110℃，相對濕度在 70℃~110℃范圍內(nèi)上升（或 110℃~70℃范圍內(nèi)下降），相對濕度在 9 0%~95%范圍內(nèi)上升）。

1 飛機結構復合材料加速循環(huán)濕熱老化譜吸濕特性試驗件材料為天津工業(yè)大學復合材料研究所生，其中碳纖維為 T700/12K，樹脂為 TD整板上經(jīng)過機械加工切割出來的，尺寸織復合材料開展的循環(huán)濕熱老化處理的以及高速沖擊試驗件。

試驗設備具體參數(shù)如表2.1所示，試文設計了自動添加蒸餾水的設備，保證了循環(huán)濕化試驗在南京航空航天大學結構強度與振動試驗學分析測試中心進行。表 2. 1 循環(huán)濕熱老化試驗設備明細表儀器的型號 生產(chǎn)商 設備參數(shù)S-101D-LJS上海林頻儀器股份有限公司溫度范圍-70°C~1濕度范圍 RH20%溫度偏差±2°濕度偏差±2%J324BC常熟市雙杰測試儀器廠稱重上限 320精度 0.1mgM-7001F 日本株式會社 放大倍數(shù) 20~2
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本文編號：2893276