加载速率对层间断裂韧性的影响

虽然加载速率对层间断裂的影响已经被广泛的研究,但是现有的研究结果还未能给出加载速率对层间断裂韧性影响的明确趋势。研究人员发展了许多测量层合板复合材料以及胶接层断裂韧性的实验方法。本文的主要目的是对层间断裂韧性测量的实验方法进行综述,尤其是准静态和动态加载条件下层间起裂韧性的测量。首先介绍了准静态下Ⅰ型、Ⅱ型以及Ⅰ/Ⅱ复合型层间断裂韧性的测量方法,然后综述动态加载下层间断裂韧性的实验方法。前两部分着重介绍断裂实验中断裂参数(载荷、位移、起裂时间以及裂纹长度)的测量以及断裂韧性的计算。之后又综述了两种光学测量方法在层间断裂实验中的应用。最后将文献中加载速率对层间断裂韧性影响的实验研究结果进行了总结。     

碳纤维/双马树脂复合材料整体成型过程分层扩展行为实验研究

针对复合材料构件热压罐成型过程中常见的分层缺陷,考察了整体成型工艺温度对分层扩展、QY8911双马树脂基体韧性及T300/QY8911层合板Ⅰ型层间断裂韧性的影响,并通过分层扩展断面形貌深入分析了复合材料整体成型工艺中分层扩展的路径和断面破坏模式,给出了复合材料整体成型工艺和结构设计的优化建议措施。结果表明,随着整体成型最高温度的升高,分层扩展程度增大,QY8911双马树脂基体的拉伸强度和拉伸模量逐渐降低,T300/QY8911层合板Ⅰ型层间断裂韧性逐渐增大;对分层扩展断面进行SEM扫描电镜分析发现分层扩展沿着层间开裂,断面内存在基体断裂和基体/纤维界面脱粘两种破坏模式,Ⅰ型层间断裂是复合材料整体成型工艺中分层扩展的典型微观特征。     

热塑性复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性

对一种新型热塑性复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性进行了研究。将非线性能量释放率作为层间断裂的控制参量,并提出用非线性因子法和改进的能量面积积分法计算。两种方法的结果非常接近,均能较好地反映韧性基体复合材料的层间断裂韧性。SEM照片分析表明,纤维和树脂界面强度过低是造成热塑性复合材料层间断裂韧性远低于基体断裂韧性的原因。另外,层间断裂韧性随加载速率增加而减小,在单对数坐标系下两者呈线性关系。     

基于碳纳米管薄膜的复合材料层间增韧

通过浮动催化化学气相沉积法制备连续碳纳米管薄膜，并将其原位沉积到单向碳纤维织物表面，手工铺层后借助真空辅助树脂传递模塑成型（VARTM）工艺制备碳纳米管-碳纤维/环氧树脂复合材料层压板，研究不同面密度的碳纳米管薄膜对层压板Ⅱ型层间断裂韧性的影响。结果表明，随着碳纳米管薄膜面密度的增加，层压板Ⅱ型层间断裂韧性先逐渐提高，当碳纳米管薄膜面密度为9.64 g/m²时，层压板Ⅱ型层间断裂韧性最佳，与原始层压板相比提高了94%。碳纳米管通过桥接树脂裂纹、从树脂中拔出等方式提高层间断裂韧性。当碳纳米管面密度超过临界值时，会引起树脂浸润困难，导致增韧效果降低。     

复合材料Ⅱ型层间断裂韧性试验方法研究

对复合材料Ⅱ型层间断裂韧性试验方法进行了研究。研究结果表明：用ＥＮＦ方法测定ＧⅡＣ时，裂纹长度应在０．４≤ａ／Ｌ≤０．８５范围内选取；对应于Ⅰ型裂纹前缘和未预裂的裂纹前缘的ＧⅡＣ大于由Ⅱ型裂纹前缘得到的ＧⅡＣ；疲劳预制出的Ⅱ型裂纹前缘和静态预制出的裂纹前缘得出相同的ＧⅡＣ结果；试件尺寸和加载速率对试验结果没有影响。     

复合材料在DCB试验中的裂纹尺寸效应

在许多关于复合材料Ⅰ型层间断裂韧性试验研究工作中，不同的作者所选取的有效裂纹长度有很大的差异，由此带来试验结果分散程度很大，试验结果无法相互比较等问题。本文对复合材料在Ⅰ型层间断裂ＤＣＢ试验中裂纹的预裂长度、裂纹尖端形状以及裂纹测量误差等问题进行了研究。     

复合材料层合板多向层间的Ⅱ型分层断裂韧性研究

 <正> 1.引言 近年来,用断裂力学方法研究复合材料的分层破坏成为复合材料力学的一个热点。自1985年Russell提出用端部开口弯曲(简称为ENF)试样测量单向层间的Ⅱ型分层断裂韧性的方法以来,关于单向层间的Ⅱ型分层断裂问题已经得到较为充分的     

碳纤维增强复合材料层间断裂韧度

采用双悬臂梁(double cantilever beam,DCB)和端部缺口弯曲(end notch bending,ENF)实验方法,对T300/CYCOM 970复合材料的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧度进行研究。通过体式显微镜及CCD摄像机对裂纹尖端位置做连续记录,观察损伤起始和演变,并对观察到的基体开裂、分层扩展等现象进行分析,研究层间断裂的特点,计算得出材料Ⅰ型断裂韧度GIC和Ⅱ型层间断裂韧度GⅡC,并通过实验对比分析热压罐固化和热补仪固化对复合材料断裂韧度的影响。结果表明:Ⅰ型断裂韧度实验中产生的裂纹扩展过程并不非常稳定,载荷随着位移以及裂纹长度的增加出现上下波动;Ⅱ型断裂韧度实验中产生的裂纹最初随着位移增加并不扩展且载荷线性增长,当载荷接近临界载荷Pc时,裂纹沿层间迅速不稳定扩展,载荷急剧下降;采用热压罐固化比采用热补仪固化Ⅰ型断裂韧度高43%,Ⅱ型断裂韧度高19%。     

等离子体处理对T700/环氧复合材料湿热性能的影响

研究了等离子体处理对T700/环氧复合材料湿热性能的影响。考察了该复合材料在50℃和80℃的3.5%NaCl水溶液中的吸湿特性和层间剪切强度的变化,并用SEM观察了层间剪切试样断口形貌。结果表明,该复合材料的吸湿行为符合Fick第二定律;随着温度升高平衡吸湿率和扩散系数均增大;经过等离子体处理的复合材料平衡吸湿率比未经处理的平衡吸湿率明显降低;等离子体处理能够提高界面结合强度,吸湿后其层间剪切强度保持率显著提高;SEM结果表明,复合材料的性能变化是由基体破坏和界面脱粘引起的。     

复合材料II型层间断裂韧性试验方法研究

对复合材料Ⅱ型层间断裂韧性试验方法进行了研究。研究结果表明：用ＥＮＦ方法测定ＧⅡｃ时，裂纹长度应在０．４≤ａ／Ｌ≤０．８５范围内选取；对应于Ｉ型裂纹前缘和未预裂的裂纹前缘的ＧⅡｃ大于由Ⅱ型裂纹前缘得到的ＧⅡｃ；疲劳预制出的Ⅱ型裂纹前缘和静态预制出的裂纹前缘得出相同的ＧⅡｃ结果；试件尺寸和加载速率对试验结果没有影响。     

热塑性复合材料层间断裂韧性研究

本文着重介绍了ＰＥＥＫ／ＣＦ和ＰＰＳ／ＣＦ复合材料层间断裂韧性的研究情况，对基体的微观结构、界面以及试验环境等因素与Ｇ＿（ⅠＣ）和Ｇ＿（ⅡＣ）的关系进行了分析，并比较了热固性复合材料与热塑性复合材料的断裂机理。     

低温用碳/ 环氧复合材料性能

针对复合材料在液氮温度下的应用需求,采用RTM工艺制备了几种碳/环氧复合材料,评价了这几种复合材料在80℃、室温和-196℃下的弯曲、压缩、层剪、冲击性能和室温下的GⅠC、GⅡC。结果显示:随着测试温度的降低,复合材料的弯曲强度、压缩强度、冲击强度明显提高;而低温对复合材料模量的影响较小。树脂基体的韧性对复合材料的强度、模量等性能影响不大,而碳纤维种类对复合材料的强度和模量影响较大。树脂基体韧性和碳纤维种类均不改变复合材料力学性能随测试温度变化的趋势。树脂基体韧性和碳纤维种类均会影响复合材料的层间断裂韧性,其中高韧性树脂基体可更加明显地提高复合材料的层间断裂韧性;M40级经编织物/R608-2复合材料GⅠC高达868 J/m2、GⅡC高达2 750 J/m2,但采用高韧性基体的复合材料Tg会有所降低。     

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。     

层间增韧复合材料研究

研究了一种采用在复合材料层压板间插入韧性薄膜的方法，改善复合材料层压板层间韧性和损伤容限的技术。有限元分析和层间断裂韧性试验结果表明，层间加胶层复合材料层压板的层间应力有明显下降，层间断裂韧性有显著的增加。     

Z-pins增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型开裂性能预测

基于Z-pins增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型断裂韧性的试验结果、Z-pins增强机理，提出了Z-pins拔出的单线性软化模型.重点考虑了Z-pins直径范围内拔出位移的不一致性，在简单双悬臂梁（DCB）理论的基础上，获得了Z-pins增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型开裂性能的分析预测模型，预测结果与试验结果吻合较好.在此基础上，采用预测模型获得了不同Z-pins直径、裂纹长度下的裂尖能量释放率，并与理想弹簧元法进行了比较.结果表明:当裂尖靠近Z-pins时，随着Z-pins直径增大，两种方法所得的裂尖能释放率的差异逐渐增大，但总体来说差异的量级很小；随着裂纹长度的增加，裂尖逐渐远离Z-pins，两种方法所得的裂尖能释放率的存在较大的差异，不能忽略Z-pins直径范围内拔出位移不一的影响.      

循环湿热老化对T700/TDE86碳纤维复合材料 层间断裂韧度的影响

对T700/TDE86碳纤维增强树脂基复合材料进行加速循环湿热老化实验,研究不同循环湿热老化天数对Ⅰ型张开以及Ⅱ型滑移两种层间断裂韧度的影响。结果表明:循环湿热老化之后的复合材料Ⅰ型层间断裂韧度出现明显的R曲线,且随着循环湿热老化天数的增加,裂纹初始扩展能量释放率(GIC,init)与裂纹稳态扩展能量释放率(GIC,prop)都获得了大幅提升;复合材料Ⅱ型层间断裂韧度随着循环湿热老化天数的增加,呈现阶梯状下降的趋势,而且在循环湿热老化前期,下降幅度最大,为21.68%。     

热塑性定型剂对干铺丝-RTM工艺及力学性能影响

为了研究热塑性定型剂的添加对干铺丝-树脂传递模塑（RTM）工艺的影响，采用PA-6作为热塑性定型剂，通过T-剥离确定定型剂的质量分数，结合试验和工艺仿真，研究了定型剂对预制体面内渗透率的影响，并对其充模过程进行工艺仿真和分析，在此基础上研究了定型剂对环氧复合材料制品层间性能及韧性的影响。渗透率试验和仿真结果表明:加入定型剂后，纤维预制体的沿纤维和垂直纤维的面内渗透率分别降低了55.5%和52.0%；工艺仿真结果与试验结果一致，不同渗透长度下的注胶时间偏差均小于10%。力学性能试验结果表明:加入热塑性定型剂可显著提升环氧树脂复合材料的韧性，Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性分别提高了89.3%和54.1%，冲击韧性提高了18.7%，复合材料的层间剪切强度降低了23.6%。      

HTPB推进剂低温断裂性能试验研究

为研究温度和加载速率对HTPB推进剂断裂性能的影响,开展了HTPB推进剂低温断裂韧性试验,测定了不同温度和加载速率下含Ⅰ型裂纹推进剂试件的断裂韧性值,并研究了试件厚度对断裂韧性值的影响。结果表明:随着温度的降低和加载速率的增加,推进剂断裂韧性值逐渐增大,且断裂韧性值与加载速率的对数呈线性关系,温度越低,加载速率的变化对断裂韧性的影响越显著;在常温和-40℃下厚试件的断裂韧性值比薄试件要大,并且低温下这种变化更明显。最后得到了推进剂断裂韧性的二次函数主曲线。     

GFRP 层压板挖补修理后的吸湿行为

对采用不同台阶比率挖补修理的玻璃纤维增强树脂基复合材料层合板进行了吸湿实验,获得了 各种台阶比率试样的吸湿规律以及损伤行为。通过面内剪切强度测试以及形貌观察,研究分析了导致吸湿试 件强度降低以及层间开裂的主要因素。实验发现:玻璃纤维增强树脂基复合材料的孔隙率是影响层合板吸湿 率和层间开裂的重要影响因素,孔隙率越高,吸湿率越高,但层间开裂倾向却降低;台阶比率对长时间吸湿试件 的强度保持率有较大的影响,恰当选择台阶比率不但有助于提高强度恢复率,还可减小因吸湿而产生的强度降 低幅度;吸湿会导致玻璃纤维增强树脂基复合材料层合板的面内剪切强度大幅度下降,导致这种结果主要原因 之一是吸湿会严重劣化纤维/ 树脂界面粘结状态。     

湿热对单向复合材料层合板Ⅱ型分层特性的影响

利用横向裂纹拉伸试验模型（Transverse Crack Tension-tension Test）,在3种湿热环境（室温、85℃和85℃/95%RH）条件下,对2种单向碳纤维增强树脂基复合材料（T300/QY8911和HTA/6376）层合板的Ⅱ型分层特性进行了试验研究。结果表明湿热环境导致复合材料层间断裂韧性降低,引起Ⅱ型应变能释放率门槛值显着下降,裂纹扩展速率大大提高,温度的影响较湿度更为明显。利用电镜（SEM）对试样分层表面进行了检测,湿度对断面特征无明显的影响。