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1、復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度、高比模量、損傷容限高和性能可設(shè)計(jì)等優(yōu)異特性而廣泛應(yīng)用于各個(gè)方面,但復(fù)合材料本身所具有的不均勻性、各向異性、損傷破壞模式復(fù)雜等特點(diǎn),使得其產(chǎn)品質(zhì)量性能差異很大,在使用前和使用過(guò)程中的安全檢驗(yàn)和強(qiáng)度預(yù)報(bào)顯得尤為重要。復(fù)合材料主要的損傷破壞形式有:纖維斷裂、基體開(kāi)裂、界面脫粘或分層等,而每一種損傷破壞形式對(duì)復(fù)合材料的整體性能都有不同程度的影響。所以目前對(duì)于復(fù)合材料的損傷破壞和性能預(yù)測(cè)研究顯得越來(lái)越重要。 本文首先
2、論述了超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯(Ultra—highMolecular Weight Polyethylene,簡(jiǎn)寫(xiě)為UHMWPE)纖維及其復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀,介紹了聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)的基本原理以及現(xiàn)代對(duì)于聲發(fā)射信號(hào)的分析和處理方法。接著采用熔融膜壓法(Film Stacking)并結(jié)合復(fù)合材料纏繞成型工藝,制備出UHMWPE/LDPE復(fù)合材料層合板。利用聲發(fā)射技術(shù)分別對(duì)纖維和基體的拉伸斷裂過(guò)程進(jìn)行了實(shí)時(shí)在線監(jiān)控,找出聲發(fā)射曲線及參數(shù)與
3、斷裂類(lèi)型、特征之間的關(guān)系,為復(fù)合材料的聲發(fā)射特征和斷裂機(jī)理研究提供依據(jù)。繼而分析了單向UHMWPE/LDPE復(fù)合材料的聲發(fā)射特征和斷裂類(lèi)型,并比較了幾種典型鋪設(shè)角度的UHMWPE/LDPE復(fù)合材料的聲發(fā)射特性和斷裂機(jī)理,總結(jié)出纖維鋪設(shè)角度與UHMWPE/LDPE復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度以及拉伸斷裂過(guò)程中的聲發(fā)射特性之間的近似關(guān)系。給出了UHMWPE/LDPE復(fù)合材料拉伸斷裂過(guò)程中的各種損傷及破壞的SEM照片。 采用聲發(fā)射技術(shù)研究復(fù)合材
4、料的損傷模式和破壞機(jī)理是近年來(lái)的熱點(diǎn),但是在對(duì)于諸如碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料及金屬基復(fù)合材料等的研究中,卻鮮見(jiàn)有關(guān)于超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的報(bào)道。本文就是以UHMWPE纖維增強(qiáng)LDPE樹(shù)脂復(fù)合材料層合板為研究對(duì)象,對(duì)其在拉伸直至斷裂過(guò)程中的聲發(fā)射特性進(jìn)行研究,探討了聲發(fā)射特性與復(fù)合材料的損傷破壞類(lèi)型和特征之間的關(guān)系,建立了聲發(fā)射幅度參數(shù)與復(fù)合材料損傷破壞模式之間的聯(lián)系。并對(duì)復(fù)合材料的纖維鋪設(shè)角度與復(fù)合材料
5、的強(qiáng)度和聲發(fā)射特征參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了探索,這也是本文的創(chuàng)新點(diǎn)之一。 研究結(jié)果表明:UHMWPE/LDPE復(fù)合材料的聲發(fā)射源主要有基體開(kāi)裂、界面脫膠(粘)、裂紋擴(kuò)展、纖維抽拔及斷裂等。不同的聲發(fā)射源對(duì)應(yīng)著各自的聲發(fā)射幅度值,纖維和基體間的界面脫粘或分層是單向UHMWPE/LDPE復(fù)合材料層合板損傷破壞的顯著特征。對(duì)于0°復(fù)合材料,其破壞機(jī)理主要是材料的韌性復(fù)式破壞,包括基體開(kāi)裂、界面脫粘或分層、纖維縱向劈裂和絲束斷裂;10°復(fù)合
6、材料主要發(fā)生纖維之間的摩擦和界面的分層破壞:45°復(fù)合材料破壞則是纖維抽拔和界面脫粘的結(jié)果;而90°復(fù)合材料的破壞機(jī)理主要是界面脫粘、分層以及纖維的橫向剝離。UHMWPE/LDPE復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和聲發(fā)射總能量隨著纖維鋪設(shè)角度θ的增大而減小,聲發(fā)射事件計(jì)數(shù)則隨θ的增大而增大。材料的主要損傷破壞形式對(duì)應(yīng)著較大的聲發(fā)射能量和較低的聲發(fā)射事件數(shù)。 用聲發(fā)射技術(shù)去研究UHMWPE/LDPE復(fù)合材料拉伸過(guò)程中的損傷演化規(guī)律以及損傷類(lèi)型是
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