资源描述：
《碳纤维复合材料方管的性能研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、1998年玻璃钢/复合材料1998第3期FiberReinforcedPlastics/Compositesl3碳纤维复合材料方管的性能研究周祝林汤建根杨华(上海玻璃钢研究所200126)(上海新中华机器厂)摘要:本文简单地介绍碳纤维复合材料方管的成型工艺、性能测试及分析,可供有关产品设计参考。关键词:碳纤维复合材料方管计算得树脂含量为57.9%,大大超过预浸布的树1前言脂含量,这是由于实际复合材料密度偏小,可见复合材碳纤维复合材料具有比强度高,比模量特高、线热料方管中含有空隙,当计及空隙率时,树脂含量的计算膨胀系数小,抗疲劳和阻尼性能好等优点,被广
2、泛应用公式如下:于航空航天飞行器的结构。某航天产品采用轻质高强(1-V0)Qm/Q-Qm/QfA=(2)的碳纤维复合材料方管,由于产品设计需要,要求测试1-Qm/Qf式中V0为空隙率,若V0以6%计算时,则求得方管的拉伸、压缩、弯曲、弯剪及扭转的性能。目前没A=40.3%有方管的测试标准,我们参考圆管的国家标准进行测这时树脂含量与预浸布符合,由此可见,此批复合试。本文总结了方管的成型工艺、性能测试结果,并作材料方管有较大的空隙率:V0=6%。了理论分析。2.4碳纤维体积含量2方管铺层与工艺计及空隙率的纤维体积含量按下式计算:1-V02.1方管铺层Vf
3、=(3)A方管外形尺寸为24@10mm,在长方形模芯上四1+Qf/Qm1-A周先铺上二层?45b的铺层,然后在高度方向上下各铺用上述数值,计算结果为:Vf=48.3%。上二层0b铺层,0b铺层宽度为10mm。每层铺层的厚3性能测试结果度为0.15mm,树脂含量为38%~40%。方管的两侧壁厚为0.3mm,上下盖板厚为0.6mm。方管拉伸试验,参考GB5349,两端用金属方芯充2.2成型工艺实,外面用碳纤维复合材料加强。T300碳纤维用ST350环氧树脂预浸渍,然后用方管压缩试验,参考GB5350,两端同样加强。单向环氧预浸布绕成方管。固化工艺如下:方
4、管弯曲试验,参考5玻璃钢61973.No.2,(总第63e/min3e/min期)所介绍的试验方法,加载及支座处用金属方芯块充室温100e/30min150e/120min实。然后随炉冷却至40e,出炉、卸压,脱模成方管试弯剪试验采用四点短梁弯曲,同样在加载及支座件。处用金属方芯块充实。2.3密度表1力学性能测试结果用称量方管的质量,除以方管体积,则测出方管复3性能拉伸压缩弯曲弯剪扭转三点外伸合材料的密度为1.429g/cm(平均值),Cv为0.6%。用碳纤维密度QR45.6117201f、环氧树脂密度Qm、及上述复合强度/MPaS11.051.31
5、1.8材料密度Q,可以按下式求出树脂含量,计算时取Qf=33E41.639.852.948.91.78g/cm,Qm=1.25g/cm。模量/GPaG13.723.6Qm/Q-Qm/QfA=(1)1-Qm/Qf扭转试验方法参照一般扭转试验方法,如GB472614等,两夹头部分同样采用金属方芯及外包加强。另外,按下式估算:还参考GB1456进行三点外伸弯曲试验,同时测出弯RL=VfRf(10)曲弹性模量和剪切模量。测试结果列于表1。T300的Rf=3518MPa,计算得RL=1699MPa。45b铺层的强度由树脂剪切强度控制,若取环氧树4理论分析脂的剪
6、切强度为40MPa,则45b复合材料的拉伸强度4.1拉伸性能分析约为80MPa。方管的拉伸强度近似可按下式估算:4.1.1拉伸弹性模量分析RB=RL@FL/F+R45@F45/F(11)单向纤维复合材料拉伸弹性模量符合混合律公经计算得:式:RB=458MPaEL=VfEf+Em(1-Vf)(4)由此可见,与实测值很符合。T300的Ef为216GPa,Em取3.5GPa,Vf取上述4.2压缩性能分析的计算结果Vf=0.483,计算得EL=106GPa。4.2.1压缩弹性模量分析112按下式计算单向纤维复合材料横向弹性模量:压缩弹性模量分析与4.1.1相
7、同,实测值与理论1+VfET=Em(5)计算值很符合。1-Vf4.2.2压缩强度分析计算得:ET=10.1GPa方管是薄壁结构,在受压过程薄壁要发生翘曲失正交铺设时经纬向的弹性模量为:稳,侧壁板较薄,先失稳。侧壁板失稳后,由于上下盖E1=E2=1/2E2+1/2ET(6)板支持还可以继续承载。侧壁板失稳临界应力按下式计算得:E1=E2=58.1GPa。122计算(对于正交板,E1=E2):按下式计算45b方向的弹性模量:2PE454G452E1Rcr=2)1+1+2L45+(t/b)(12)!4EA=4224(7)12(1-L45E45m+(E1/G
8、12-2L1)mn+E1/E2n式中G45=25.2GPa(见式(4.13),E45=17.3GPa,L45
