纤维增强复合材料细观力学性能实验研究/郎风超

1绪论1

1.1纤维增强复合材料1

1.2纤维增强复合材料界面研究2

1.2.1界面微观结构2

1.2.2界面物化机制3

1.3纤维增强复合材料界面力学性能实验方法4

1.3.1纤维拉出测试5

1.3.2纤维推出测试6

1.3.3微滴包埋拉出测试7

1.3.4单纤维断裂测试8

1.4界面力学性能研究存在的问题10

1.5纤维增强复合材料层合板细观破坏研究现状11

1.5.1基体开裂11

1.5.2纤维断裂12

1.5.3界面脱粘12

1.5.4分层破坏13

参考文献14

2实验方法及原理19

2.1云纹干涉法19

2.1.1双缝衍射19

2.1.2光栅衍射方程20

2.1.3全息光栅21

2.1.4面内位移与光程变化之间的几何关系22

2.1.5云纹干涉法理论推导24

2.2电子束云纹法25

2.3几何相位分析法28

2.4纳米压痕法31

2.4.1确定纳米硬度和弹性模量31

2.4.2连续刚度法33

参考文献36

3复合材料表面高频正交光栅制备38

3.1光栅制备工具简介38

3.2点阵扫描电子束制栅原理39

3.3光栅制备流程41

3.4光栅质量评价42

3.5光栅栅距误差分析47

3.6点阵扫描电子束制栅方法的应用48

3.7本章小结51

参考文献51

4纳米压痕法原位测量纤维增强复合材料界面力学性能52

4.1纳米压痕试样制备52

4.2实验方法53

4.3实验结果及分析54

4.3.1载荷与压痕深度关系分析54

4.3.2弹性模量分析55

4.3.3纳米硬度分析57

4.3.4力学性能成像分析58

4.4弹性模量62

4.5纳米硬度64

4.6SiC/Ti153复合材料力学参数确定65

4.6.1纳米压痕试样制备65

4.6.2实验方法65

4.6.3实验结果分析67

4.7本章小结70

参考文献70

5碳纤维增强树脂复合材料细观蠕变性能研究71

5.1实验方法71

5.2实验原理72

5.2.1蠕变速率和蠕变应力指数72

5.2.2复数模量73

5.3实验结果及分析74

5.3.1载荷与压痕深度74

5.3.2蠕变位移75

5.3.3蠕变速率77

5.3.4蠕变应力指数78

5.3.5KelvinVoigt模型拟合参数79

5.3.6蠕变柔量79

5.4本章小结80

参考文献80

6几何相位分析法研究碳纤维增强树脂基复合材料裂纹周围应变场82

6.1材料与试样制备82

6.2电子束云纹实验结果分析83

6.3几何相位实验结果分析86

6.3.10°纤维层内基体横向裂纹周围应变场分析86

6.3.20°纤维层纤维间剪切裂纹周围应变场分析87

6.3.3层间裂纹周围应变场分析90

6.3.40°纤维断裂周围应变场分析91

6.4本章小结93

7云纹干涉法研究复合材料界面残余应力94

7.1试件制备94

7.2转移光栅95

7.3显微云纹干涉法实验97

7.3.1显微云纹干涉仪简介97

7.3.2零场调节99

7.3.3实验过程102

7.4纤维推出实验102

7.5界面残余应力的理论求解104

7.5.1理论分析模型104

7.5.2理论模型及其计算104

7.6显微云纹法原理106

7.7实验结果及数据处理107

7.7.1单根纤维界面区的热残余应力107

7.7.2双纤维（b=0.16mm）推出后的残余应力场108

7.7.3双纤维（b=0.18mm）推出后的残余应力场109

7.7.4双纤维（b=0.2mm）推出后的残余应力场109

7.7.5双纤维（b=0.146mm）推出后的应力场110

7.8单纤维不同边界对界面热残余应力场的影响111

7.8.1建立有限元模型111

7.8.2结果与分析112

7.9双纤维界面热残余应力场分布情况分析116

7.9.1有限元模型建立116

7.9.2结果与分析117

7.9.3两相邻纤维热残余应力相互影响关系124

7.10小结126

参考文献126