【摘 要】
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本文旨在研究短碳纤维与连续碳纤维对尼龙基复合材料在准静态与动态下的协同增强作用。此复合材料通过3D打印制成,包含短碳纤维增强层与连续碳纤维增强层。首先对连续碳纤维
【机 构】
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中南大学交通运输工程学院; 中南大学轨道交通安全教育部重点实验室;
【基金项目】
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国家自然科学基金(51405517,U1334208);湖南省自然科学基金(2015JJ3155);中南大学创新驱动项目(No.2018CX021)
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本文旨在研究短碳纤维与连续碳纤维对尼龙基复合材料在准静态与动态下的协同增强作用。此复合材料通过3D打印制成,包含短碳纤维增强层与连续碳纤维增强层。首先对连续碳纤维丝束和短碳纤维增强尼龙丝束进行了形态学,热学与力学研究。在此基础上,分析了堆叠顺序与应变率对3D打印复合材料力学性能的影响。结果表明,短碳纤维和连续碳纤维对复合材料的协同增强在拉伸强度方面的影响优于单独的短碳纤维或连续碳纤维的增强作用,但就弹性模量而言,这种优势却不明显。其次,当打印材料内连续碳纤维增强层(CCFRL)分布得越分散时,其拉伸性能越高。具体来说,拥有更多短碳纤维增强层(SCFRL)间界面与SCFRL/CCFRL界面的复合材料表现出了更好的力学性能,这是由于这两种界面的强度高于CCFRLs间界面。层间强度测试结果也佐证了这个结论。再次,打印复合材料强度随应变率增大而增高,断裂韧性随应变率增大而减弱。最后,本文采用混合定律研究了短碳纤维与连续碳纤维协同增强复合材料(S&CCFRP)的力学行为。所有实验数据均落于计算所得的理论上下界限值内,但由于连续碳纤维沿拉伸方向排列,实验结果较接近模型预测上限。
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