聚合物基复合材料黏弹性性能预测及其应用研究

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随着科学技术的发展,复合材料在各行各业中的应用越来越多。因而复合材料的使用寿命问题的重要性越来越凸显。复合材料的黏弹性是其使用寿命的性能指标国内外对复合材料的黏弹性性能的研究已经大规模展开。当前的研究多集中于复合材料宏观尺度的理论分析和实验,对于复合材料细观黏弹性理论研究的研究不够透彻。本文正是基于这一现状展开的研究。为了建立一种由基体的黏弹性获得复合材料黏弹性的新方法,本文从基体材料的黏弹性模型出发,提出一种复合材料单向板黏弹性模型。由该模型的平衡方程组,经Laplace变换与逆变换推导其黏弹性参数表达式,该表达形式与基体材料的黏弹性本构方程具有相同的形式。进行了基体材料、复合材料单向板的黏弹性实验研究,实验结果表明:复合材料单向板的蠕变柔量公式的实验拟合参数值与推导的黏弹性参数值较为接近,该模型能够较准确表达复合材料单向板的黏弹性行为。获得了一种只需测出基体的弹性模量及蠕变常数、复合材料单向板的弹性模量及基体含量,即可预测聚合物基复合材料单向板的黏弹性行为的新方法。结合复合材料层合板理论,进一步推导了基于复合材料经典层合理论假设的复合材料层合板的黏弹性参数矩阵的表达式,提出了由基体材料黏弹性性能和增强材料弹性性能获得复合材料黏弹性性能的新方法。编写了MATLAB计算程序,实现了复合材料黏弹性参数矩阵的数值计算。进行了复合材料层合板蠕变实验研究,将不同铺层工艺试样的实验结果与理论计算结果对比分析,发现了理论计算结果可以反映复合材料蠕变柔量的变化趋势,但仍然存在一定的误差。实验研究验证了复合材料黏弹性理论公式的适用性,并提出了实验的相关注意事项。本文将复合材料细观力学理论与聚合物材料黏弹性理论相结合,系统的推导出了由基体材料黏弹性性能和增强材料弹性性能获得复合材料层合板黏弹性的理论方法。通过基体材料蠕变实验、复合材料单向板蠕变实验、复合材料层合板蠕变实验验证了理论公式的正确性。该方法为改变当前复合材料长期性能实验的长时间和高经济成本的现状提供了一种可能的选择。
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