畢業(yè)論文答辯PPT模板-4

1、濕熱環(huán)境下復(fù)合材料層合板的擠壓性能濕熱環(huán)境下復(fù)合材料層合板的擠壓性能答辯人：答辯人：學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) ：導(dǎo)導(dǎo) 師師 ： Bearing Properties of Composite Laminates on Bearing Properties of Composite Laminates on Hydrothermal Conditions Hydrothermal Conditions目錄1.緒論2.吸濕行為研究3.擠壓性能研究4.擠壓強(qiáng)度估算濕熱環(huán)境下的復(fù)合材濕熱環(huán)境下的復(fù)合材料層合板的擠壓性能料層合板的擠壓性能緒論1緒論研究背景研究的目的與意義研究的思路與方法復(fù)合材料的應(yīng)用Carbon l

2、aminateCarbon sandwichFiberglassAluminumAluminum/steel/titanium pylons高比強(qiáng)高比模耐疲勞多功能耐腐蝕可設(shè)計(jì)復(fù)合材料復(fù)合材料高比強(qiáng)高比模耐疲勞多功能耐腐蝕可設(shè)計(jì)緒論研究背景研究的目的與意義研究的思路與方法機(jī)械連接的破壞模式各種基本破壞模型并不是互不相關(guān)的，而是緊密結(jié)合的，往往產(chǎn)生兩種甚至三種基本破壞模式的混合破壞模式。緒論研究背景研究的目的與意義研究的思路與方法問題的提出 擠壓性能研究研究意義緒論研究背景研究的目的與意義研究的思路與方法濕熱環(huán)境的影響在濕熱環(huán)境下，隨著水分子的浸入，基體吸濕后會(huì)發(fā)生微膨脹，使材料產(chǎn)生附加內(nèi)應(yīng)力，

3、使層合板各方面性能明顯下降。 綜上所述，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須考慮溫濕度作用對(duì)材料和結(jié)構(gòu)性能的影響。研究復(fù)合材料在濕熱環(huán)境下的擠壓力學(xué)性能，可以為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供必要的試驗(yàn)依據(jù)，具有重要工程意義。緒論研究背景研究的目的與意義研究的思路與方法主要研究內(nèi)容 為研究復(fù)合材料層合板在高溫濕熱環(huán)境下的擠壓力學(xué)性能，本文重點(diǎn)進(jìn)行兩個(gè)試驗(yàn)：碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層合板試件的吸濕試驗(yàn)和單釘雙剪典型連接試驗(yàn)，并用一種工程中廣泛運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)方法結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和運(yùn)用。2吸濕行為研究吸濕行為研究品牌資產(chǎn)及其測量吸濕試驗(yàn)方案選擇為研究碳纖維復(fù)合材料層合的吸濕行為，本章對(duì)一批碳纖維/環(huán)氧樹脂層合板試件進(jìn)行烘干、吸濕

4、試驗(yàn)，分析其吸濕過程中的規(guī)律。a.在常溫下完成自然老化過程b.在高溫下浸泡在水中完成吸濕過程c.在高溫高濕共同作用下吸濕吸濕行為研究品牌資產(chǎn)及其測量吸濕試驗(yàn)設(shè)備名稱規(guī)格/型號(hào)數(shù)量量程/精度備注溫濕度環(huán)境箱GP/GDJS-2501溫度: -40+150 濕度范圍: 3098%R.H溫度波動(dòng)度: 0.5 溫度均勻度: 濕度波動(dòng)度: +2/-3%R.H最小顯示分辨率供試件吸濕使用高溫箱GP/GW2-D1溫度范圍 0+溫度波動(dòng)度: 0.5溫度均勻度: 烘箱及配合試驗(yàn)機(jī)用分析天平FA-10041量程100 g精度0.1 mg游標(biāo)卡尺0-1501量程0-150 mm精度0.02 mm數(shù)顯卡尺0-1501量

5、程0-150 mm精度0.01 mm 吸濕行為研究品牌資產(chǎn)及其測量試驗(yàn)步驟a.將試件放入高溫環(huán)境箱進(jìn)行為期約一周的烘干處理，記錄試件烘干前的質(zhì)量。b.24小時(shí)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)吸濕試件的吸濕量變化小于0.05%，此時(shí)試件達(dá)到吸濕平衡，停止吸濕實(shí)驗(yàn)。 %05. 0%10000100mmmmmmWiim吸濕行為研究品牌資產(chǎn)及其測量試件詳情 本文選取了由某研究院提供的不同鋪層試件進(jìn)行試驗(yàn)。材料代號(hào)數(shù)量/件Wh/mm2鋪層詳情材料體系D12361.54(45,-45)/(0,90)/(45,-45)/(45,-45)/(45,-45)/(0,90)/(45,-45)FL6673G-37KD22362.20(45,

6、-45)/(0,90)/(45,45)/(0,90)/(45,-45)sG12363.71(45)/0/0/(45)/0/0/(45)/0/(0/90)/0/(0/90)/0/(45)/0/0/(45)/0/0/(45)CYCOM 977-2-35-12KHTS-134G22363.32(45)/0/0/(0/90)/(0/90)/0/0/(45)sG32364.7245/-45/0/90/0/-45/0/0/45/0/45/0/-45/0/90/0/-45/45sG42363.06(45)/(0/90)/0/(45)/0/(45)/0s吸濕行為研究品牌資產(chǎn)及其測量結(jié)果曲線0246810121

7、416180.00.20.40.60.81.01.2 吸濕量/%時(shí)間/h1/2 D1 D20246810121416180.00.10.20.30.40.50.6 吸濕量/%時(shí)間/h1/2 G4 G2 G1 G3而與D組不同的是，G組的吸濕量曲線只有第一階段，并且線性階段上升較為緩慢，沒有觀察到吸濕飽和的現(xiàn)象。 試驗(yàn)值曲線非常符合復(fù)合材料吸水性的“兩個(gè)階段”理論：第一階段是曲線上升比較快的一個(gè)線性階段，試件的吸濕率隨時(shí)間平方根線性增加；第二階段是曲線上升相對(duì)較為平緩的一個(gè)階段，此時(shí)吸濕并未飽和，吸濕率仍然會(huì)隨時(shí)間平方根遞增，吸濕速率逐漸趨于緩慢直到平衡。吸濕行為研究品牌資產(chǎn)及其測量吸濕理論分析

8、 運(yùn)用分離變量法可算得擴(kuò)散系數(shù) D 的表達(dá)式：221122)()4(ttMMMhDtt22)()4(kMhD Shen CH和Springer GS等經(jīng)研究，根據(jù)菲克第二定律，得出了吸濕率與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系式：) 12(exp() 12(18222022hDtnnMMnt 運(yùn)用上式模擬吸濕量的曲線，這種方法基于兩個(gè)假設(shè)：一是復(fù)合材料內(nèi)部的擴(kuò)散率和溫度是恒定的；第二，水分只沿厚度方向的上下表面吸濕，其他表面吸濕忽略不計(jì)。吸濕行為研究品牌資產(chǎn)及其測量試驗(yàn)值和模擬值吸濕曲線051015202500.20.40.60.811.21.4溫度70C，濕度85%時(shí)間/h1/2吸濕量% 理論結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果0510

9、15202500.10.20.30.40.50.60.70.80.91溫度70C，濕度85%時(shí)間/h1/2吸濕量% 理論結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果051015202500.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5溫度70C，濕度85%時(shí)間/h1/2吸濕量% 理論結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果051015202500.10.20.30.40.50.60.7溫度70C，濕度85%時(shí)間/h1/2吸濕量% 理論結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果D1G1D2G2吸濕行為研究品牌資產(chǎn)及其測量試驗(yàn)值和模擬值吸濕曲線G1G2051015202500.050.10.150.20.250.30.350.40.45溫度70C，濕度85%時(shí)間/

10、h1/2吸濕量% 理論結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果051015202500.10.20.30.40.50.60.7溫度70C，濕度85%時(shí)間/h1/2吸濕量% 理論結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果G3G4 這六組試件的理論值與試驗(yàn)結(jié)果的第一階段線性趨勢基本一致，但隨著時(shí)間的增長，實(shí)際吸濕量都稍大于模擬值。這是因?yàn)榧僭O(shè)中忽略了側(cè)面吸濕的影響，水分只從面積較大的上下表面滲入，而實(shí)際上試件都約在2-4mm不等，少量水分還是會(huì)從側(cè)面擴(kuò)散進(jìn)入試件，從而導(dǎo)致了最大吸濕量的實(shí)際值和理論值間的誤差。這種現(xiàn)象在較厚的試件（G3組）中表現(xiàn)尤為明顯，但從整體上看，模擬的曲線和試驗(yàn)值還是比較吻合的。吸濕行為研究品牌資產(chǎn)及其測量鋪層比例對(duì)吸濕性能的影響

11、從試驗(yàn)值和模擬值比較看來，六組吸濕試驗(yàn)仍然存在不足之處：在試件尚未達(dá)到完全吸濕平衡階段就停止了實(shí)際的稱重。雖然理論上24小時(shí)的增量已經(jīng)在0.05%內(nèi)，但吸濕量還是有小幅增長，從而影響 值，間接導(dǎo)致了兩者間的偏差。吸濕第一階段的持續(xù)時(shí)間和厚度是成正比的，因此，在條件允許的情況下，應(yīng)適當(dāng)延長吸濕周期以增加吸濕數(shù)據(jù)的有效性。M 為了研究鋪層角對(duì)吸濕特性的影響，采用厚度相同、總鋪層數(shù)相同、鋪層比不同的四種層壓板進(jìn)行同步吸濕試驗(yàn)，所采用材料均為CYCOM 977-2-35-12KIMS-134。代號(hào)厚度層數(shù)0/45/90比例鋪層H11.881030 / 60 / 1045/-45/0/0/-45/45/

12、90/0/-45/45H21.881040 / 50 / 1045/0/-45/90/45/0/-45/0/0/45H31.881050 / 40 / 1045/0/-45/90/0/0/45/0/0/-45H41.881060 / 30 / 1045/0/0/0/-45/90/0/0/0/45吸濕行為研究品牌資產(chǎn)及其測量H組試驗(yàn)結(jié)果024681012141618200.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.55 吸濕量/時(shí)間/h1/2 H1 H2 H3 H42030405060700.03700.03750.03800.03850.03900

13、.03950.04000.04050.04100.04150.04200.0425 線性斜率K45鋪層比例 在90鋪層比例為定值10%的情況下， 45鋪層所占比例越高，材料的吸濕速率越快。吸濕行為研究品牌資產(chǎn)及其測量H組試驗(yàn)值和模擬值曲線 這四組試件的材料、厚度都是一樣的，從曲線上也能看出他們吸濕量非常接近，增長趨勢也基本一致。他們之間的吸濕量的差距主要是由碳纖維比例和單向帶鋪設(shè)的方向引起的：保持90方向的鋪層不變，增加45方向的鋪層數(shù)量有利于提高材料的整體吸濕性能。051015202500.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5溫度70C，濕度85%時(shí)間/h1/2

14、吸濕量% 理論結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果051015202500.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5溫度70C，濕度85%時(shí)間/h1/2吸濕量% 理論結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果 H1 H2吸濕行為研究品牌資產(chǎn)及其測量H組試驗(yàn)值和模擬值曲線 H2051015202500.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5溫度70C，濕度85%時(shí)間/h1/2吸濕量% 理論結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果051015202500.050.10.150.20.250.30.350.40.45溫度70C，濕度85%時(shí)間/h1/2吸濕量% 理論結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果H4H3從四組對(duì)比圖可以看出，試件基本都已經(jīng)達(dá)到了

15、吸濕飽和，延長了吸濕周期后測得結(jié)果和理論值吻合度很高。結(jié)合前六組試驗(yàn)結(jié)果我們可以得出一下結(jié)論：在吸濕周期足夠的情況下，式對(duì)較薄的試件（D、H組）飽和吸濕量模擬有很高的精確度。因?yàn)樵嚰鼙。匝刂娣e較大的面進(jìn)入材料內(nèi)部，厚度方向的水分吸收幾乎可以忽略不計(jì)；而較厚的試件飽和吸濕量受厚度方向水分吸收情況的影響，只有在第一階段線性增長有較好精確度，故此方法用來估算較薄試件的吸濕量能節(jié)省工程時(shí)間，有較好的適用性。) 12(exp() 12(18222022hDtnnMMnt3單釘雙剪擠壓性能試驗(yàn)擠壓性能試驗(yàn)品牌資產(chǎn)及其測量單釘雙剪擠壓試驗(yàn)方法介紹 本章采用ASTM D 5961標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法研究幾種鋪

16、層層壓板的雙剪擠壓性能，并研究濕熱環(huán)境對(duì)雙剪擠壓特性的影響。參數(shù)銷釘直徑d孔直徑D厚度h長度L寬度W端距e尺寸/mm6+0.00/-0.036+0.03/-05180.5擠壓性能試驗(yàn)品牌資產(chǎn)及其測量單釘雙剪擠壓試驗(yàn)設(shè)備擠壓性能試驗(yàn)品牌資產(chǎn)及其測量試驗(yàn)結(jié)果的處理 通過雙剪擠壓典型連接試驗(yàn)?zāi)苤苯訙y得的數(shù)據(jù)是試件的極限載荷和引伸計(jì)的位移可以計(jì)算試件的擠壓強(qiáng)度和擠壓應(yīng)變。 按下式計(jì)算擠壓強(qiáng)度等于載荷處以受載孔凈截面的面積：)/(maxhDPb 式中： 為極限擠壓應(yīng)力，單位為MPa; 為破壞前的最大載荷，單位為N； D、h分別為試件的孔徑和厚度。 按下式對(duì)記錄的每個(gè)位移值確定擠

17、壓應(yīng)變： 式中： 為擠壓應(yīng)變，單位為mm/mm； 為引伸計(jì)在第 i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的位移，單位為mm.bmaxPDii/ii擠壓性能試驗(yàn)品牌資產(chǎn)及其測量濕熱環(huán)境對(duì)層合板擠壓性能的影響材料鋪層試驗(yàn)條件試件編號(hào)Dh=A(mm2)Loctite BZ 9704 /5HS SM 285/40(-45,45)/(0,90)/(-45,45)/(0,90)/(-45,45)/(0,90)/(-45,45)室溫干態(tài) E4-BRS-1313.4 E4-BRS-1413.52高溫濕態(tài)E4-BRS-113.06E4-BRS-313.07CYCOM 977-2-35-12KHTS-134(45)/0/+18/-18/+36

18、/-36/+54/(45)/-54/+72/-72/90s室溫干態(tài) F2-BRS-1722.52 F2-BRS-1822.4高溫濕態(tài)F2-BRS-421.44F2-BRS-722.22擠壓性能試驗(yàn)品牌資產(chǎn)及其測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算試件編號(hào)極限載荷/KN極限應(yīng)變極限強(qiáng)度/MPa平均極限應(yīng)變平均極限強(qiáng)度/MPa常溫E4-1311.950.281891.790.267 881.545常溫E4-1411.780.253871.30濕熱E4-110.450.246800.150.243790.280濕熱E4-310.200.240780.41試件編號(hào)極限載荷/KN極限應(yīng)變極限強(qiáng)度/MPa平均極限應(yīng)變平均極限強(qiáng)

19、度/MPa常溫F2-1722.970.2431019.980.29 978.295常溫F2-1820.980.338936.61濕熱F2-418.750.228874.530.202861.205濕熱F2-718.840.175847.88試件編號(hào)初始峰值載荷/KN初始峰值應(yīng)變初始應(yīng)力/MPa平均初始峰值應(yīng)變平均初始應(yīng)力/MPa常溫E4-137.310.0658545.520.0652545.69常溫E4-147.380.0645545.86濕熱E4-15.680.0453434.920.038426.335濕熱E4-35.460.0307417.75試件編號(hào)初始峰值載荷/KN初始峰值應(yīng)變初始

20、應(yīng)力/MPa平均初始峰值應(yīng)變平均初始應(yīng)力/MPa常溫F2-1718.750.137832.590.139827.233常溫F2-1818.410.141821.88濕熱F2-411.100.065517.720.061509.535濕熱F2-711.140.057501.35 對(duì)比兩組試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)相似的規(guī)律：高溫濕熱會(huì)降低試件的承載能力，濕熱環(huán)境中的初始損傷點(diǎn)應(yīng)力和極限強(qiáng)度都比室溫干態(tài)下低，并且對(duì)應(yīng)發(fā)生破壞的應(yīng)變也更小，也就是發(fā)生破壞的時(shí)間相對(duì)更早。擠壓性能試驗(yàn)品牌資產(chǎn)及其測量試驗(yàn)現(xiàn)象分析0.00.10.20.30.40.5020040060080010001200擠壓應(yīng)變擠壓應(yīng)力/MPa 常

21、溫干態(tài) 高溫濕態(tài)初始損傷點(diǎn)P10.00.10.20.30.40.50.6020040060080010001200 擠壓應(yīng)力/MPa擠壓應(yīng)變 常溫干態(tài) 高溫濕態(tài)初始損傷點(diǎn)P1F組E組濕熱環(huán)境下的雙剪擠壓試驗(yàn)現(xiàn)象和常溫下大體相同，當(dāng)試驗(yàn)機(jī)加載到一定程度時(shí)，會(huì)發(fā)出略為刺耳類似纖維斷裂的聲音，但是高溫下聽見響聲的時(shí)間要比室溫干態(tài)下更早；并且隨著載荷的不斷增加，響聲的間隔會(huì)越來越短促，一直到試件失效破壞。擠壓性能試驗(yàn)品牌資產(chǎn)及其測量試件破壞形式及試驗(yàn)結(jié)論同一組試件在不同的環(huán)境中的破壞模式：室溫干態(tài)的破壞模式要比高溫濕熱劇烈的多，這是因?yàn)楦邷貪駸釙?huì)使試件的擠壓強(qiáng)度降低很多，故常溫的承載能力高，破壞的也相

22、對(duì)劇烈。 E組 F組擠壓性能試驗(yàn)品牌資產(chǎn)及其測量鋪層比例對(duì)層合板擠壓性能的影響 復(fù)合材料層合板一般由0、45、90四種鋪向角的單向鋪層組合而成，其中45層所占比例對(duì)復(fù)合材料層壓板的擠壓強(qiáng)度有重要影響。當(dāng)45層含量較少、層合板主要由0層組成時(shí)，很容易引起劈裂或剪切破壞。當(dāng)90 層過多時(shí)容易發(fā)生拉伸破壞，這兩種破壞都是脆性破壞，強(qiáng)度都很低。因此，一定量的45是復(fù)合材料層合板強(qiáng)度的保證。 本節(jié)先對(duì)兩組(14件)材料為P2352W-19的試件進(jìn)行了雙剪擠壓試驗(yàn)，研究混合鋪層中45鋪層比例對(duì)擠壓性能的影響。代號(hào)厚度層數(shù)0/45/90鋪層比例鋪層B13.041625 /50/ 2545/90/45/0/9

23、0/45/-45/0sB53.04160 / 100 /045/-45/45/-45/45/-45/45/-45s擠壓性能試驗(yàn)品牌資產(chǎn)及其測量試驗(yàn)結(jié)果0.00.10.20.30.40.50.6020040060080010001200 擠壓應(yīng)力/MPa擠壓應(yīng)變B1B545鋪層比例并非越多性能越好。鋪層比例并非越多性能越好。B1組呈標(biāo)準(zhǔn)的擠壓破壞，而B5的破壞模式是一種非典型的擠壓破壞，可以看出，試件靠近孔的端部呈不規(guī)則變形，這是因?yàn)锽5是由100%的45鋪層組成，加載過程中纖維就只能沿著45度方向撕裂破壞。因此，45鋪層過多時(shí)破壞形式是非常規(guī)的，會(huì)對(duì)連接問題造成不便。擠壓性能試驗(yàn)品牌資產(chǎn)及其測

24、量45鋪層比例對(duì)擠壓性能的影響 對(duì)4組材料為CYCOM 977-2-35-24KIMS-194-ATL的試件進(jìn)行了室溫環(huán)境下的雙剪擠壓試驗(yàn)：組號(hào)厚度層數(shù)0/45/90鋪層比例鋪層C33.762030 / 60 / 1045/-45/0/0/-4 5 / 4 5 / 0 / -45/45/90sC43.762040 / 50 / 10 4 5 / 0 / -45/90/45/0/-45/0/45/0sC53.762050 / 40 / 10 4 5 / 0 / -45/90/0/0/45/0/-45/0sC63.762060 / 30 / 1045/0/0/0/45/0/0/0/45/90s擠壓

25、性能試驗(yàn)品牌資產(chǎn)及其測量試驗(yàn)結(jié)果 C組試件的鋪層比例是按規(guī)律變化的，但由于其材料、厚度相同，相鄰兩組間的破壞形態(tài)其實(shí)并不大。故選取了C3和C6進(jìn)行比較，由于C3的45鋪層比例更高，極限破壞強(qiáng)度更大，所以C3的破壞程度也略大于C6。2030405060702003004005006007008009001000 強(qiáng)度/MPa45鋪層比例 極限強(qiáng)度 初始峰值在一定的范圍內(nèi)，隨著45鋪層比例的增加，初始破壞產(chǎn)生的越晚，初始峰值強(qiáng)度也越高；因此，在同等條件（尺寸、材料）下，鋪層比例為0=40%，45=50%，90=10% 的復(fù)合材料層合板擠壓強(qiáng)度最高。經(jīng)驗(yàn)方法應(yīng)用品牌資產(chǎn)及其測量經(jīng)驗(yàn)方法介紹 美國原道格拉斯飛機(jī)公司部首席科學(xué)家Hart-Smith所建立，現(xiàn)廣泛運(yùn)用在飛機(jī)工程界。該經(jīng)驗(yàn)方法可以回避一些難以考慮的影響因素，方法簡單，且便于工程應(yīng)用。 對(duì)單釘雙剪模型，存在如下關(guān)系式： ) 1/(1/1/5 . 1) 1(1 1bcdWdWdWdWCKbrubC為應(yīng)力集中減緩因子；為無孔層合板的拉伸強(qiáng)度；為擠壓強(qiáng)度；bbru經(jīng)驗(yàn)方法應(yīng)用品牌資產(chǎn)及其測量無孔層合板拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)試件編號(hào)極限載荷P/KN極限強(qiáng)度 /MPA平均無孔拉伸強(qiáng)度 /MPAC3-189.259659.42650.32C3-286.796641.22C4-1107.04