碳纖維復(fù)合材料固化殘余應(yīng)力及變形研究.pdf

1、先進復(fù)合材料由于優(yōu)異的輕質(zhì)高強、抗疲勞、耐腐蝕等性能，已經(jīng)成為四大航空結(jié)構(gòu)材料之一。但復(fù)合材料在固化過程中，由于材料的熱收縮、樹脂固化收縮等原因，成型后的復(fù)合材料將產(chǎn)生殘余應(yīng)力，降低構(gòu)件的性能，導(dǎo)致構(gòu)件變形，嚴(yán)重時影響裝配甚至使構(gòu)件直接報廢。因此，需要一種可靠的方法能夠監(jiān)測復(fù)合材料成型以及服役過程的殘余應(yīng)力，或者預(yù)測出構(gòu)件殘余應(yīng)力從而在前期設(shè)計中尋求解決方法。
　　利用FBG傳感器監(jiān)測薄復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)比較充分，因此本文主要

2、研究較厚的層合板。首先在層合板同一截面的不同厚度處埋置FBG傳感器，監(jiān)測固化過程中纖維方向的應(yīng)變變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單向復(fù)合材料厚度方向上的殘余應(yīng)力存在梯度分布，分布規(guī)律與溫度場分布規(guī)律一致，證實了溫度變化是影響殘余應(yīng)力大小的一個重要因素，樹脂粘彈性行為是形成應(yīng)力梯度分布的主要原因。
　　其次，文中引入了基于彈性模型的殘余應(yīng)力有限元算法和經(jīng)典層合板理論的解析算法。采用兩種方法對[0/90]度不對稱鋪層復(fù)合材料的固化變形進行了預(yù)測，同時

3、采用熱壓罐工藝制作不對稱鋪層層合板，并測量層合板的固化變形。對比實驗研究和預(yù)測結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，有限元算法的預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確性較高，而解析法的預(yù)測誤差過大。表明解析法預(yù)測的可靠性較差，原因在于實際層合板的變形不符合經(jīng)典層合板理論的小變形假設(shè)。
　　最后，本文重點研究了模具對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)固化殘余應(yīng)力及變形的影響。通過 FBG傳感器監(jiān)測了復(fù)合材料固化時的模具-構(gòu)件作用，計算出模具-構(gòu)件間的摩擦系數(shù)，將其引入有限元模型，做 C形單向復(fù)合材料固化殘