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电阻法研究碳纤维树脂基单向拉挤复合材料的破坏行为

作　者: 毛亚琴
导　师: 武德珍；杨小平
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料学
关键词: 碳纤维增强聚合物复合材料电阻法纵向电阻横向电阻破坏机理
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本文采用电阻法对CFRP单向拉挤复合材料的破坏过程进行监测,是对CFRP复合材料的结构健康监控的基础性研究。本文首先建立了一套电阻法监测CFRP单向拉挤复合材料的破坏行为的装置,并对电阻法监测CFRP复合材料破坏行为的敏感性进行了研究。结果发现,引入电极的接触电阻越小,加载速度越慢,电阻法越敏感。采用电阻法对CFRP单向拉挤复合材料和浸胶碳纤维丝束在拉伸载荷下的破坏行为进行监测,并首次采用红外热像对CFRP复合材料在拉伸载荷下内部发生的微观结构变化进行无损检测。结果表明,对于乙烯基酯树脂作基体的CFRP复合材料,其主要的破坏形式为树脂基体与碳纤维之间的界面脱粘;而对于碳纤维束,主要破坏行为为碳纤维的断裂。红外热像与电阻变化之间的关联,可以作为CFRP复合材料破坏行为的一种佐证。本文也详细研究了乙烯基酯树脂作基体的CFRP单向拉挤复合材料在三点弯曲载荷下的纵向电阻变化、在三点弯曲和层间剪切两种载荷下的横向电阻变化。结果发现,在三点弯曲条件下,首先发生的破坏形式为基体树脂与碳纤维的同时断裂。在层间剪切条件下,电阻的变化显示了树脂基体和碳纤维之间的界面破坏程度。电阻法监测CFRP复合材料的破坏行为比应力/应变曲线更敏感。 <WP=4>本文还比较了乙烯基酯树脂与环氧树脂两种不同树脂基体制备的CFRP单向拉挤复合材料在拉伸载荷下的电阻变化。结果表明,环氧树脂作基体的CFRP复合材料的的电阻变化是由碳纤维的断裂引起的;而乙烯基酯树脂作基体的CFRP复合材料的电阻变化是由乙烯基酯树脂与碳纤维之间的界面脱粘引起的。以上分析表明不同基体的CFRP复合材料破坏机理不同。

全文目录

第一章文献综述  13-32
  1.1 前言  13-14
  1.2 碳纤维复合材料智能传感器  14-18
    1.2.1 智能化自诊断技术  14-16
    1.2.2 电阻法检测CFRP复合材料破坏行为的应用原理  16-18
  1.3 电阻法检测CFRP复合材料破坏过程的研究进展  18-29
    1.3.1 实验方法  18-20
      1.3.1.1 样品处理  18-19
      1.3.1.2 电阻测量方式  19-20
    1.3.2 单向层压CFRP复合材料在各种加载条件下电阻与内部结构变化之间的关系研究  20-27
      1.3.2.1 单向层压CFRP复合材料在未加载情况下的导电特性  20
        1.3.2.1.1 电极距离与电阻率之间的关系研究  20
        1.3.2.1.2 横截面积对电阻的影响  20
        1.3.2.1.3 碳纤维排列方式、体积含量与电阻之间的关系  20
      1.3.2.2 单向层压CFRP复合材料在拉伸条件下电阻变化与破坏之间的关系研究  20-24
        1.3.2.2.1 单一拉伸条件下电阻变化与破坏之间的关系研究  21-22
        1.3.2.2.2 循环拉伸条件下电阻变化与破坏之间的关系研究  22-24
      1.3.2.3 纵向弯曲条件下电阻变化与破坏之间的关系研究  24-26
        1.3.2.3.1 单一纵向弯曲条件下电阻变化与破坏之间的关系研究  24-25
        1.3.2.3.2 循环纵向弯曲条件下电阻变化与破坏之间的关系研究  25-26
      1.3.2.4 另一种弯曲条件下电阻变化与破坏之间的关系研究  26-27
    1.3.3 交叠层压CFRP复合材料在各种加载条件下电阻变化与破坏之间的关系研究  27-29
      1.3.3.1 循环拉伸条件下电阻变化与破坏之间的关系研究  27
      1.3.3.2 单一纵向转弯曲条件下电阻变化与破坏之间的关系研究  27
      1.3.3.3 循环纵向弯曲条件下电阻变化与破坏之间的关系研究  27-28
      1.3.3.4 三点弯曲条件下电阻变化与破坏之间的关系研究  28-29
  1.4 电阻法应用新的应用进展  29-31
    1.4.1 交流电阻法  29
    1.4.2 层间剥离及界面的研究  29-30
    1.4.3 电阻法在其它领域的应用  30-31
  1.5 论文工作设想  31-32
第二章实验方法  32-38
  2.1 主要原料  32
    2.1.1 样品原材料  32
    2.1.2 CFRP单向拉挤复合材料的制备工艺  32
    2.1.3 电极材料  32
  2.2 主要仪器设备  32
  2.3 实验步骤  32-35
    2.3.1 截取试样  32-33
    2.3.2 试样抛光  33
    2.3.3 抛光检测  33
    2.3.4 安置电极  33
    2.3.5 性能测试  33
    2.3.6 扫描电镜(SEM)测试  33
    2.3.7 数据整理  33-35
  2.4 CFRP复合材料试样的性能测试装置图  35-38
    2.4.1 拉伸实验纵向电阻测量实验装置图  35-36
    2.4.2 三点弯曲实验纵向电阻测量实验装置图  36
    2.4.3 三点弯曲实验横向电阻测量实验装置图  36-37
    2.4.4 层间剪切实验横向电阻测量实验装置图  37-38
第三章结果与讨论  38-61
  3.1 影响电阻准确测定的外界因素研究  38-39
    3.1.1 不同的连接方式引出电阻信号对电阻稳定性的影响  38
    3.1.2 样品横截面积、抛光程度对碳纤维电阻率的影响  38-39
  3.2 乙烯基酯树脂做基体的CFRP单向拉挤复合材料拉伸条件下的电阻变化规律研究  39-55
    3.2.1 拉伸条件下电阻变化规律研究  39-48
      3.2.1.1 拉伸速度对电阻法敏感性的影响  39-41
      3.2.1.2 CFRP复合材料与碳纤维束在拉伸过程中电阻变化规律研究  41-44
      3.2.1.3 CFRP拉伸过程中纵向电阻变化与结构变化之间的关系分析  44-45
      3.2.1.4 拉伸过程中的红外热像分析  45-48
    3.2.2 三点弯曲条件下电阻变化规律研究  48-53
      3.2.2.1 三点弯曲实验中的纵向电阻变化规律研究  48-51
      3.2.2.2 三点弯曲实验中的横向电阻变化规律研究  51-53
    3.2.3 层间剪切条件下电阻变化规律研究  53-55
  3.3 环氧树脂做基体的CFRP单向拉挤复合材料在拉伸条件下的电阻变化规律研究  55-59
    3.3.1 不同拉伸速度下的电阻变化规律研究  55-58
    3.3.2 环氧树脂做基体的CFRP单向拉挤复合材料的拉伸破坏形为  58-59
  3.4 结论  59-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
攻读学位期间发表的学术论文  66

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