树脂基复合材料界面残余应力的实验研究 (1)

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1、１００６９类号：学校代码：密级：学号：１２０１５０１９１ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＣＯＭＭＥＲＣＥ硕士学位论文树脂基复合材料界面残余应力的实验研究ＥｘｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＩｎｔｅｒｆａｃｉａｌＲｅｓｉｄｕａｌＳｔｒｅｓｓｏｆＲｅｓｉｎｐＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ研究生：贾佩星专业名称：轻工过程与装备＊指导教师：计宏伟教授二〇一八年五月分类号：学校代码：10069密级：研究生学号：120150191树脂基复合材料界面残余应力的实验研究ExperimentalStudyonth

2、eInterfacialResidualStressofResinMatrixComposites研究生姓名：贾佩星专业名称：轻工过程与装备指导教师姓名：计宏伟教授论文提交日期：2018年5月学位授予单位：天津商业大学独创性声明及使用授权声明一、学位论文独创性声明本人所撰写的学位论文是在指导教师的指导卞独立完成的研宄成果４除已明确标注或得到许可外，所撰写的学位论文中不包含他人已申请学位或其他用途所使用过的成果，不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研宄成果，本人的指导教师对此进行了审定。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，本人己在文中做出明确的说明并

3、＿示谢意。如有不实，本人承担相应责任。二、学位论文及研宂成果使用授权声明本人同意授权天津商业大学以非臝利方式保存、使用本人的学位论文的电子版及纸质版。授权天津商业大学将本论文的全部内容或部分内容提供给有关方面编入数据库进行检索、出版及提供信息服务。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。本人在校期间取得的研究数据、相关成果等知识产权归天津商业大学所有。注：涉及保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签字：指导教师签字：曰期：年〈月）１０摘要树脂基复合材料是由以有机聚合物为基体的纤维增强材料，在航空、汽车、海洋工业中都

4、有广泛应用，基体树脂和填充物的性能是决定树脂基复合材料性能优劣的关键因素。但由于树脂基复合材料在制备过程中，基体和填充物的热膨胀系数不同，且树脂固化会发生收缩变形，导致填充物/基体界面产生残余应力。环氧树脂是一种常见的树脂基复合材料基体，可以利用其包覆电极进行电子封装，也可以将自修复微胶囊置于其中形成具有自修复功能的微胶囊/环氧树脂复合材料。在金属/环氧树脂界面和微胶囊/环氧树脂界面上存在的残余应力会严重影响其服役过程中的力学行为。因此测试其界面残余应力分布规律、大小、及其影响因素具有重要意义，本文主要从以下几个方面对环氧树脂基复合材料的界面残余应力进行了研究：1.对常温固化

5、环氧树脂在固化收缩过程中的温度变化进行监测，结果表明常温固化环氧树脂固化过程中温度变化较小；利用数字图像相关方法（Digitalimagecorrelation,DIC）监测了纯环氧树脂的局部固化收缩变形，结果表明环氧树脂变形速率与温度变化相对应，升温速率大则膨胀应变值大，降温速率大则收缩应变值大。2.对于微胶囊/环氧树脂复合材料同样监测了其局部固化收缩变形，得到整个过程中在环氧树脂发生交联反应的作用下微胶囊直径的变化趋势，并与纯环氧树脂的局部收缩变形进行比较，得到环氧树脂的局部变形对微胶囊尺寸产生的影响。环氧树脂固化后，微胶囊是受压的，直径减小。并且，微胶囊直径越大，存在的

6、应变集中越明显。3.用不同弹性模量和尺寸的金属圆柱体夹杂于环氧树脂基体，利用显微光弹性法测试其光弹条纹，用平面光弹性应力定律和光补偿原理计算出界面径向残余应力值，结果表明：对于不同材料，相同半径的圆柱体，随着圆柱体弹性模量的增大，残余应力值增大；对于同种材料，不同尺寸的圆柱体，随着圆柱体尺寸的增大，残余应力值减小。这是由于尺寸效应的存在，同种材料尺寸越小弹性模量越大。4.最后为了进一步验证界面残余应力的主要影响因素，本文还用平均直径为180μm的多醚化密胺微胶囊填充环氧树脂中，得到微胶囊/环氧树脂复合材料，利用球面应力-光学等式计算出不同大小微胶囊/环氧树脂界面的残余应力。结

7、果表明：不管填充物是圆柱体还是微胶囊，十字等倾线均表明界面为均布残余压应力；与圆柱体夹杂不同，微胶囊尺寸越大残余应力越大，这是由于微胶囊尺寸越大而其弹性模量越大所致。关键词：环氧树脂；收缩变形；微胶囊；光弹性；界面残余应力IABSTRACTResinmatrixcompositeisafiberreinforcedmaterialbasedonorganicpolymers.Itiswidelyusedinaviation,automobileandmarineindustries.Thepropert