《新型短纖維增強聚合物複合材料UACS力學性能研究》是依託湖南大學，由李航擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型短纖維增強聚合物複合材料UACS力學性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李航
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
傳統的碳纖維增強聚合物複合材料（CFRP）在套用於成型複雜幾何形狀的構件時，固化過程中極易出現纖維分布不均勻，影響結構的設計性和安全性。因此，具備優異的纖維可流動性的短纖維增強聚合物複合材料得到了良好的發展。UACS是在傳統的CFRP預浸料中引入規則切口的短纖維複合材料。過去的研究表明UACS表現出比以前短纖維複合材料更好的拉伸強度及優異的纖維流動性，適合於成型複雜幾何形狀的構件。然而，最初的UACS因為切口的連續性在承載中容易發生大面積的分層。基於此，申請者發展了兩種不連續型切口的新型UACS。前期的拉伸試驗表明不連續切口抑制了分層的擴展並有效提高了拉伸強度。本項目將從力學實驗及有限元分析兩個方面揭示新型UACS層合板的壓縮、彎曲、衝擊等力學性能及熱濕效應，同時發展一種厚度方向增強的新型UACS層合板，在短纖維增強複合材料的研究領域具有重要的意義。
結題摘要
單向短碳纖維增強（UACS）複合材料層合板較傳統的碳纖維增強聚合物複合材料層合板（CFRP）固化後纖維分布更均勻，具有優越的結構設計性和安全性，更宜套用於成型複雜幾何形狀的構件。過去的研究表明，新型的Bi-angled型UACS表現出比以往短碳纖維增強複合材料及其他類型UACS更好的拉伸強度以及優異的纖維流動性，適合於成型複雜幾何形狀的構件。然而，分層破壞仍然是新型UACS層合板的主要破壞形式，碳纖維的高拉伸強度未能得到充分發揮。本研究通過在新型的UACS層合板中引入不同縫合密度的Kevlar縫線，加強其厚度方向的力學性能，研究不同縫合密度對新型UACS層合板拉伸性能的影響。 （1）實驗結果表明經縫合處理的新型UACS層合板試驗件與未縫合的新型UACS層合板試驗件相比具有更好的抗拉性能，且層合板的拉伸強度隨著縫合密度減少而提高。其中，與無縫合的UACS層合板相比，縫合密度為15 mm的新型UACS層合板試驗件拉伸強度提高14.0%。同時縫線提高了UACS層合板抗分層能力，但縫線的引入對新型UACS層合板拉伸模量以及泊松比無明顯影響。 （2）有限元計算結果表明：縫合後的新型UACS層合板在承載後分層最初出現在0°層與相鄰層間中切口的交叉區域以及靠近自由邊界的切口區域，且縫線的引入對分層的發展有顯著的抑制作用。然而，若是縫線密度較大會引入更多原始損傷，且致使層合板纖維體積分數下降。最終層合板由於分層不斷發展以及0°層中纖維斷裂而失效。有限元漸進損傷分析的結果與試驗結果吻合良好，表明縫線的引入有效地提高了UACS層合板的強度水平。
