论文部分内容阅读
复合材料由于其强度高、刚度大、质量轻、可设计性强等一系列优点，广泛应用于航空、航天等领域中。然而，聚合物基复合材料层合板在加工成型和使用过程中，材料内部易发生分层等损伤，从而引起材料整体性能的下降，因此，消除或抑制复合材料内部微裂纹及其扩展对于保持材料的性能至关重要。基于内联三维自修复网络复合材料是一种新型的复合材料自修复体系，由于其结构特性，可以实现层间增韧和损伤的多次自修复，同时通过网络可提供源源不断的修复剂来修补复合材料内损伤，极大的提高修复效率，因此，有必要对其进行力学性能及三维网络结构优化的研究。 通过用热塑性树脂纤维EMAA将铺层好的预浸料沿厚度方向进行缝合及平面方向进行编入，建立起内联三维自修复网络，固化成型之后加工成双悬臂梁试件。对试件进行双悬臂梁试验，之后通过热激励使带自修复网络损伤试件进行自修复，再次进行双悬臂梁试验，重复此过程。通过对比计算可得:对于在中间平面EMAA修复剂面积分数为1.8％的内联三维网络复合材料，其断裂韧性值与无内联自修复网络层合板相比提高约116％，对Ⅰ型分层损伤的第一次修复效率为164％，二次修复效率为149％。 基于粘聚区的界面单元法，提出了模拟修复剂及树脂基体的双分区粘聚区模型。利用大型商用有限元分析软件ABAQUS对含三维内联自修复网络复合材料进行建模，基于双分区粘聚区模型研究了无修复剂试件、含内联自修复网络试件及自修复后试件的分层裂纹起始及扩展过程。对有限元结果进行分析，对比数值结果与实验结果的载荷-位移曲线，证明了有限元模型的正确性，同时更好地解释了含内联自修复网络试件的层间增韧及自修复机理。 基于双分区粘聚区模型，对不同三维自修复网络密度的复合材料进行有限元建模，并进行Ⅰ型分层裂纹扩展有限元仿真，数值分析结果表明:材料Ⅰ型层间断裂韧性及自修复效率随着三维自修复网络密度的增大而增大;对不同三维自修复网络密度复合材料进行拉伸试验，试验结果表明:随着三维自修复网络密度的增加，材料的拉伸性能有所下降。最后，通过有限元分析与实验研究相结合，优化出了三维自修复网络的密度为1针/cm2，从而协调了内联三维自修复网络复合材料的层间和面内力学性能。