胶接铝合金界面断裂韧性试验及数值研究

胶层脱粘问题是金属胶接结构承载性能评估的重要工作之一,其中的关键问题在于如何准确地测定I型界面断裂韧性。结合数字图像相关技术,定义了一种新的名义裂尖,以此来确定裂纹扩展长度。在此基础上,开展了铝合金I型界面断裂韧性的测定试验,得到了断裂韧性数值。采用有限元数值方法,对铝合金I型界面扩展行为进行了有限元仿真,试验和数值结果吻合良好,证明了试验和数值方法的有效性。胶层界面断裂韧性的研究对精密光学仪器加工制造中胶接结构的力学性能评估具有指导意义。

CFRP-木材复合材界面I型断裂特性研究

采用基于断裂力学能量释放率理论的双悬臂梁试验方法对CFRP与落叶松及杉木复合界面断裂韧性进行了研究。结果表明,CFRP-木材界面断裂韧性优于木材间界面,界面两侧材料的差异性有助于改善界面裂纹的失稳扩展;界面面内裂纹尖端应力巨大,扩展主要发生在界面层内;复合材试件状态对断裂韧性影响较大,干状态时复合材断裂韧性较小,水分增加有利于抵抗裂纹扩展。断裂韧性可作为界面强度评价参数,干状态时CFRP与落叶松间界面为673.24N·m-1,CFRP与杉木间界面为438.14N·m-1。

碳纤维增强复合材料高韧性化技术及应用研究

为满足复合材料在弯曲大变形工况下的使用,本文通过聚砜化学改性环氧树脂,制备高韧性碳纤维增强复合材料,文章中利用各种表征方法表征了复合材料力学性能、热性能和微观形貌。结果表明,增韧后弯曲强度达到1 206.3 MPa;层间剪切强度111.5 MPa;Ⅰ型层间断裂韧性(GIC)1 108.9 J/m2;该材料长期使用温度不低于为130℃。并制备样件应变能杆实现了曲率半径小于20 cm的卷曲试验,验证了材料具有优良层间韧性。

碳纤维无纺布对CFRP层板层间的增韧作用及机制

为了揭示短纤维无纺布对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层板层间韧性的影响规律,测试了不同面密度(1.95、3.90、7.80和15.60 mg/cm2)和不同纤维平均长度(0.8 mm和4.3 mm)的碳纤维无纺布增韧的CFRP层板I型层间断裂韧性。实验结果表明:对于不同短纤维增韧的CFRP层板,平均长度为0.8mm的短纤维增韧效果优于平均长度为4.3mm的短纤维,并且面密度为7.8mg/cm2、厚度约为150μm、平均长度为0.8mm的碳纤维无纺布显著提高了CFRP层板的层间断裂韧性,与未改性的CFRP层板相比,其能量释放率最大可提高99%。光学显微镜观察结果表明环氧基体中长度为0.8mm的短纤维具有三维交织结构,该结构可以有效地阻止裂纹的扩展;SEM观察结果表明短纤维从环氧基体中的脱粘和拔出以及短纤维周围环氧基体的塑性变形是CFRP层板的主要增韧机制。研究结论为层板短纤维增韧技术的应用奠定了基础。