《三維紡織複合材料多尺度耦合的濕熱老化研究》是依託南京航空航天大學，由周儲偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：三維紡織複合材料多尺度耦合的濕熱老化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周儲偉
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
擬針對高分子基三維紡織複合材料(3D-PMTC)的濕熱老化問題，逐級耦合地建立3D-PMTC的基體相、微觀纖維束單絲尺度、細觀周期編織結構尺度、巨觀板梁工程部件尺度的吸濕模型和包含濕熱化學、物理機制的損傷力學模型，並將上述各尺度模型嵌入FE軟體中。對3D-PMTC（包括基體和同材料體系的單向複合材料）進行濕熱老化試驗研究，觀測其化學物理特徵參數、微觀形貌與力學性能的老化演變，探尋有效的老化表征方法。從理論、數值和試驗方面全面研究3D-PMTC各尺度上濕熱老化的機理和發展規律，驗證理論模型。初步提出3D-PMTC實驗室加速濕熱老化的評估方法。主要創新有:1.多尺度耦合的3D-PMTC老化研究是首次；2.微細觀損傷與吸濕、溶脹等過程的相互影響尚少有模型研究；3.複合材料損傷力學中同時引入化學和物理狀態參數，比現有模型更全面；4.將梯度的(濕熱)邊界條件引入胞元模型是對胞元方法的發展。
結題摘要
按照申請書的計畫開展了研究，取得了如下主要成果： 1. 系統研究了純樹脂（NE）和單向複合材料（UD）的濕熱老化性能，它們對應了三維紡織複合材料（3D-TC）中富樹脂區和纖維束相的老化規律。研究包括：製備了一種NE和玻、碳增強UD試驗件，進行了室內、外自然條件和實驗室加速條件下的吸脫濕（循環）試驗和物理、力學性能老化試驗，積累了基礎數據；在纖維微觀尺度建立了UD的等效濕擴散模型、兩階段吸濕模型和濕熱老化模型，模型考慮了纖維/基體界面相的影響，給出了通過對比試驗確定界面濕熱參數的方法；初步提出了一種NE和UD基於環境當量的力學性能老化預測模型，通過自然老化與實驗室老化對比試驗，標定了模型參數。 2. 以第1部分研究為基礎，在纖維束細觀編織結構尺度上研究了三維機織（3D-WC）和三維編織（3D-BC）兩種3D-TC的濕熱老化性能。研究包括:製備了玻纖和碳纖增強的這兩種3D-TC的試驗件，進行了實驗室加速條件下的吸濕和力學性能老化試驗；建立了針對3D-BC和3D-TC兩種編織工藝的複合材料的細觀理論和有限元濕熱老化模型，依據同體系NE、UD的實驗數據以及細觀編織參數，推測出3D-TC巨觀的濕熱老化行為。 3. 在結構構件級別初步研究了3D-WC的濕擴散性能。製備了一種玻纖增強3D-WC加筋板，並對此進行了實驗室加速濕熱試驗，測得了吸濕增重曲線；建立了針3D-WC複合材料薄壁結構的二維濕擴散模型，用上述試驗檢驗了模型的準確性。 4. 研究了鹽度對 NE、碳、玻增強UD濕擴散性能的影響。包括：在幾種溫度下進行了這幾種材料不同鹽度溶液中的水浴試驗，測量了鹽度對飽和吸濕量及飽和吸濕時間的影響。 研究工作的主要創新點：建立在組分材料系統試驗基礎上的多尺度耦合的3D-PMTC 老化研究是首次。
