鋪層順序對基體裂紋起始及擴展的影響 zund G3 M-2500-車貼台中雷射雕刻－林彥安焦點新聞熱搜

1、引言
    多向復合材料層板的損傷模式可歸納為基體裂紋、分層、纖維斷裂和纖維/基體脫膠等4種形式。其中，基體裂紋與分層是層板的兩種主要的損傷失效模式。它們引起剩余強度、剩余剛度的下降，影響結構的耐久性和完整性。基體的主要功用是對纖維起支撐作用并以受剪方式承受和傳遞載荷。基體裂紋在很低載荷或循環下即可產生，甚至在固化后的層板中就可發現，是常見的一種層內損傷模式。基體的性能直接關系到復合材料的功能和性能。發達一直在致力于發展高性能樹脂基體。改性的雙馬樹脂具有耐高溫和易加工的優點，這使雙馬樹脂的應用范圍日益廣泛。目前，改性的雙馬樹脂基復合材料已應用于飛機的主承力件和次承力件，如美國第四代先進戰斗機F一上已大量應用了BMI樹脂復合材料。
   雖然關于基體裂紋的研究已經比較廣泛，但鋪層順序對基體裂紋起始及擴展規律的影響尚缺乏深人研究。本文以自制的烯丙基雙酚A改性雙馬樹脂(BMI/O，O分鐘-DPA，以下簡稱BMI一DPA)為基體材料，采用無切口矩形試件，研究靜載下鋪層順序對基體裂紋的起始及裂紋擴展的影響。關于烯丙基雙酚A改性BMI一DPA的制備及其在不同溫度下的拉伸、壓縮性能參見有關文獻，這里不再贅述。
試件準備及試驗
2.1試件準備
    以BMI一DPA為基體材料，采用日本T300的碳纖維為增強纖維，制成預浸料后按表1的鋪層順序鋪成試驗平板，而后從固化后的試驗平板上切取指定形狀和尺寸的試件，并在夾持端粘貼玻璃纖維布護板。
2.2試驗及試驗結果
    試驗在MTS810試驗機上進行。準靜態拉伸，階梯加卸載。用X光照相記錄基體裂紋平均間隔。用X一Y記錄儀記錄層板縱向楊氏模量的變化。試驗到試件發生靜載破壞時結束。T3OOBMI-DPA的材料力學性能如表2所示。鋪層順序對基體裂紋的影響如表3所示。圖1是鋪層順序對基體裂紋的影響曲線。圖2是不同鋪層順序下的剛度變化曲線。

3試驗結果分析
由表3可見，由于鋪層順序不同，[0₂/90₄〕_S，層板的裂紋起始應變比[0/90₄/0]_s層板大約低14%。由表3和圖1可見，兩種不同鋪層順序的層板在準靜態載荷作用下的斷裂應力基本相同，但斷裂時的應變相差較大。其中，[0₂/90₄〕_S層板斷裂時的應變為1.180，[0/90₄〕_S層板斷裂時的應變為1.912。前者比后者小62%，說明后者具有較大的斷裂韌性。由表3可見，兩種層板的飽和裂紋密度幾乎相差一倍。這說明鋪層順序不同，基體裂紋的擴展也大不相同。由圖2可見，雖然層板的飽和裂紋密度相差很多，剛度下降卻基本一樣，沒有大的差別。
4、結語
綜上所述，復合材料層板的鋪層順序的不同不僅影響基體裂紋的起始載荷、擴展速率、斷裂韌性，也將對基體裂紋的飽和裂紋密度產生顯著的影響。至于兩種復合材料層板的剛度下降一致，也即終剛度相等的試驗結果，由于僅從正交層板得出，尚需做進一步的試驗研究和分析。但有一點是明確的，對于正交層板而言，在相同的外加載荷作用下斷裂韌性與裂紋擴展速率存在對應關系。值得注意的是，對于不同鋪層順序的優劣，不能一概而論，應根據不同的使用要求，充分發揮復合材料性能的可設計性優勢。

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