Kevlar纖維增強(qiáng)復(fù)合材料多尺度力學(xué)行為及層間剪切性能研究.pdf

1、Kevlar纖維憑借其高比強(qiáng)度、高模量、抗沖擊等優(yōu)異的性能，廣泛應(yīng)用于彈道系統(tǒng)、航天航空、防護(hù)材料等領(lǐng)域;而以Kevlar為增強(qiáng)纖維形成的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Aramid Fibre Reinforced Polymers，AFRP)也以其輕質(zhì)高強(qiáng)、抗沖擊、抗疲勞等優(yōu)點，在國防建設(shè)、汽車工業(yè)、地鐵隧道、海洋結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，同時，在土木工程基礎(chǔ)設(shè)施的加強(qiáng)、修復(fù)領(lǐng)域也逐漸開始嶄露頭角。本文進(jìn)行了一系列關(guān)于Kevlar纖維及其FRP性

2、能的研究，為今后進(jìn)行材料的深入理論研究以及擴(kuò)大材料的實際應(yīng)用范圍奠定基礎(chǔ)。
　　根據(jù)Kevlar29/49纖維絲、束拉伸試驗得到的各項力學(xué)參數(shù)以及對拉伸強(qiáng)度進(jìn)行威布爾(Weibull)分析得到的分布參數(shù)，通過ANSYS中的用戶自定義子程序(USERMAT)建立了不同尺度纖維的自定義本構(gòu)模型。該模型考慮了由于加工過程產(chǎn)生的損傷而造成拉伸強(qiáng)度的隨機(jī)變化，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)確定性模型的不足。模擬結(jié)果與試驗結(jié)果吻合程度較好，同時展示了不同尺度纖維

3、在拉伸受力過程中內(nèi)部損傷的發(fā)展過程。
　　利用MTS(Manager Testing Solution)液壓伺服高速試驗機(jī)測試芳綸纖維(Kevlar29/49)增強(qiáng)復(fù)合材料(AFRP-K29/49)在四種應(yīng)變率(25、50、100和200s-1)和五種溫度（-25、0、25、50和100℃）條件下的力學(xué)性能，并通過Weibull分析量化出破壞強(qiáng)度在不同應(yīng)變率和溫度下的離散程度。結(jié)果表明，隨著應(yīng)變率的增加，AFRP材料的楊氏模量和拉

4、伸強(qiáng)度均先升高后降低，而韌性則表現(xiàn)為相反的趨勢。AFRP-K29的拉伸強(qiáng)度以及兩種AFRP材料的楊氏模量受溫度的影響較為明顯，而AFRP-K49的拉伸強(qiáng)度以及兩種AFRP材料的韌性受溫度影響則較小。當(dāng)測試溫度超過膠體的玻璃化溫度時，AFRP材料的楊氏模量發(fā)生明顯的下降。將不同試驗條件下AFRP試樣的破壞形態(tài)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)破壞形態(tài)在不同應(yīng)變率和溫度下沒有明顯區(qū)別，均為較平整的斷裂面。
　　分別對雙層Kevlar49纖維布的單搭接剪切