亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        螺旋式z-pin的制備及力學(xué)性能研究

        2022-04-27 11:52:26謝軍波
        關(guān)鍵詞:螺旋式合板層間

        陳 磊,謝軍波,方 靜,陳 利

        (1.天津工業(yè)大學(xué) 復(fù)合材料研究院 紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室,天津 300387;2.天津工業(yè)大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,天津 300387)

        0 引言

        復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)已經(jīng)在航空航天領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,但層合板容易發(fā)生分層破壞,往往需要各種層間增韌工藝來(lái)提高材料的抗分層性能。常見(jiàn)的層間增強(qiáng)技術(shù)包括針刺、縫合、植絨和z-pin等[1-3]。其中,z-pin增強(qiáng)技術(shù)操作靈活、工藝簡(jiǎn)單,只需要向復(fù)合材料層合板厚度方向上直接植入z-pin即可,具有設(shè)計(jì)性強(qiáng)和生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。Z-pin是一種高強(qiáng)度、高模量的微細(xì)桿狀結(jié)構(gòu),可由復(fù)合材料、鈦合金或鋼制備成,其直徑較小,通常在0.2mm~1mm范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的z-pin表面光滑,外形為圓截面桿狀,通過(guò)植入體積分?jǐn)?shù)為0.5%~4%的z-pin,可以使z-pin與層合板之間產(chǎn)生較強(qiáng)的粘附力和摩擦力,有效提高層合板的層間韌性。

        近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)異型z-pin的設(shè)計(jì)也展開(kāi)了大量工作,其目的一是為了提高z-pin的層間增韌效果,二是希望減小z-pin植入對(duì)層合板造成的面內(nèi)損傷。Julian Hoffman[4-7]設(shè)計(jì)了矩形橫截面的z-pin,通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn),矩形截面z-pin植入層合板所造成的面內(nèi)纖維偏轉(zhuǎn)程度明顯小于圓形截面z-pin。此外,Hoffman還設(shè)計(jì)了表面帶凹槽的圓形截面z-pin,增加了z-pin與層合板之間的接觸面積,顯著提高了層合板的層間韌性。Andr′e Knopp[8-10]在z-pin表面刻槽,并設(shè)計(jì)了不同的凹槽開(kāi)口形狀,包括矩形、三角形、圓弧形和正弦函數(shù)曲線形等,作者以此為基礎(chǔ)探究了z-pin表面凹槽開(kāi)口形狀、切口深度及切口間距對(duì)z-pin增強(qiáng)層合板壓縮性能的影響。王曉旭[11]對(duì)浸膠碳纖維束施加捻度,然后加熱固化,制備了5種不同捻度的zpin,通過(guò)開(kāi)展z-pin拔出試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):加捻會(huì)增大zpin的最大拔出力,并且隨著捻度的增加,z-pin的最大拔出力的增幅也逐漸變大。

        由于z-pin直徑很小,通過(guò)對(duì)表面進(jìn)行二次加工、改變其幾何結(jié)構(gòu)具有一定的難度,本文設(shè)計(jì)了一種拉擠成型模具,可實(shí)現(xiàn)螺旋式z-pin的一次性連續(xù)拉擠成型加工,制備出了4種不同螺旋度的z-pin樣品。開(kāi)展z-pin拔出試驗(yàn)和z-pin拉伸試驗(yàn)分別表征了螺旋式z-pin的層間增韌性能和拉伸性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn):通過(guò)引入螺旋度可以顯著提高z-pin的層間增韌效果,但同時(shí)也會(huì)降低z-pin的拉伸強(qiáng)度。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 螺旋式z-pin的制備

        本文采用拉擠成型的方法實(shí)現(xiàn)螺旋式z-pin的成型制備,選用日本東麗T-300-3K碳纖維及TDE-86環(huán)氧樹(shù)脂作為z-pin的制備原材料,成型工藝流程如圖1所示。首先將浸漬樹(shù)脂之后的碳纖維束放入烘箱,低溫加熱使樹(shù)脂的流動(dòng)性降低,以便對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工。然后通過(guò)拉擠模具對(duì)浸漬樹(shù)脂的纖維束進(jìn)行兩次拉擠:第一次從上到下拉擠纖維束,得到矩形截面的半固化纖維束,如圖2(a)所示;第二次由下到上再次拉擠纖維束,并同時(shí)勻速旋轉(zhuǎn)模具,最終得到如圖2(b)所示的螺旋式z-pin。最后將其置于烘箱中進(jìn)行高溫固化,在兩次烘箱加熱過(guò)程中,在纖維束底端系有小鐵塊給其施加10N的張力。

        圖1 螺旋式z-pin制備流程示意圖

        圖2 拉擠模具示意圖

        Z-pin拉擠模具由兩個(gè)如圖3(c)所示的耳狀不銹鋼結(jié)構(gòu)組成,兩個(gè)耳狀模具可以相互貼合組成整體模具,如圖3(a)所示。模具中心留有截面帶倒角的正方形開(kāi)孔,開(kāi)孔邊緣設(shè)計(jì)成喇叭形以便于纖維通過(guò),模具及開(kāi)孔結(jié)構(gòu)各部分詳細(xì)尺寸分別如圖2(a)和圖4所示。

        圖3 拉擠模具實(shí)物圖

        圖4 耳狀模具結(jié)構(gòu)示意圖

        假定模具每P厘米繞z-pin表面旋轉(zhuǎn)一周,那么稱P為螺旋式z-pin的“螺旋導(dǎo)程”,因此P越小,z-pin的螺旋度就越高,以此就可以通過(guò)螺旋導(dǎo)程p表征z-pin的螺旋結(jié)構(gòu)密集程度(螺旋度)。本文制作了四組不同螺旋度(無(wú)螺旋結(jié)構(gòu)、P=0.5cm、P=1cm、P=1.5cm)的z-pin,并在3D輪廓測(cè)量?jī)x上分別對(duì)其表面輪廓進(jìn)行觀測(cè),結(jié)果如圖5所示。顯然,z-pin表面的螺旋度隨著螺旋導(dǎo)程P的減小而逐漸增加,當(dāng)P=0.5cm時(shí),z-pin表面的螺旋結(jié)構(gòu)就已經(jīng)十分密集。

        圖5 不同螺旋度下的z-pin輪廓

        1.2 Z-pin拉伸試驗(yàn)

        GB/T 3362-2005?碳纖維復(fù)絲拉伸性能實(shí)驗(yàn)方法?,如圖6所示。z-pin拉伸試樣測(cè)量標(biāo)距為150mm,兩端加強(qiáng)片為0.3mm的硬紙板,試驗(yàn)設(shè)備為上海力試LE5305型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),拉伸加載的速度為2mm/min。分別對(duì)四組不同螺旋度z-pin進(jìn)行拉伸測(cè)試,每組試樣數(shù)目為10,記錄試驗(yàn)過(guò)程中的載荷—位移曲線。

        圖6 Z-pin拉伸實(shí)驗(yàn)

        1.3 Z-pin拔出試驗(yàn)

        本文的z-pin拔出實(shí)驗(yàn)參考了Julian Hoffman[4]的多根z-pin拔出實(shí)驗(yàn)。拔出試樣層合板如圖7(a)所示,由24層碳纖維平紋布鋪層而成,鋪層角度為[0/90]12,在第12層與第13層之間放置一層聚四氟乙烯(PTFE)薄膜。將z-pin植入至層合板中心10mm×10mm區(qū)域范圍,植入點(diǎn)呈3×3方形點(diǎn)陣排布,植入間距為5mm,如圖7(b)所示。用砂紙將試樣的上下表面分別打磨,使用刀片尖端將層合板第12層與第13層之間連接縫隙處劃開(kāi),除去縫隙處溢出的固化樹(shù)脂。使用環(huán)氧樹(shù)脂膠將拔出試樣的上下表面分別與上下T型接頭粘連,施加載荷將z-pin拔出。

        圖7 z-pin拔出實(shí)驗(yàn)示意圖

        Z-pin拔出試驗(yàn)設(shè)備為日本島津AGS-J型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī),如圖8(a)所示,加載速度為1mm/min。Z-pin拔出過(guò)程如圖8(b)和圖8(c)所示,可以觀察到上下層合板逐漸出現(xiàn)分層,直至z-pin被拔出。分別對(duì)四組不同螺旋度z-pin進(jìn)行拔出試驗(yàn)測(cè)試,每組試樣數(shù)目為3個(gè),記錄試驗(yàn)過(guò)程中的載荷—位移曲線。

        圖8 Z-pin拔出實(shí)驗(yàn)

        2 結(jié)果與討論

        2.1 Z-pin拉伸載荷位移曲線

        Z-pin拉伸的載荷—位移曲線如圖9所示,可以發(fā)現(xiàn),無(wú)論z-pin是否經(jīng)過(guò)螺旋加工,z-pin在拉伸過(guò)程中的載荷位移曲線都呈線彈性規(guī)律,拉伸載荷隨著位移線性上升。Z-pin的拉伸強(qiáng)度σt和拉伸模量Et分別可由式(1)~(3)計(jì)算得到:

        圖9 Z-pin拉伸載荷位移曲線

        其中,F(xiàn)t為z-pin的最大拉伸載荷,dt為z-pin的最大拉伸位移,Spin為z-pin橫截面面積,Lpin為z-pin試樣的標(biāo)距長(zhǎng)度,ε為z-pin斷裂應(yīng)變。計(jì)算結(jié)果如表1所示,結(jié)果顯示隨著螺旋導(dǎo)程P的減小,z-pin的最大拉伸載荷、軸向拉伸強(qiáng)度和z-pin的拉伸模量都有著不同程度的下降。

        表1 不同螺旋度z-pin拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值

        螺旋結(jié)構(gòu)加工會(huì)造成z-pin的軸向抗拉性能產(chǎn)生一定程度的下降,與無(wú)螺旋結(jié)構(gòu)z-pin相比,P=1.5cm、P=1cm和P=0.5cm的z-pin拉伸載荷分別下降了30%、41%和47%。這是由于碳纖維本身就具有脆性大、斷裂伸長(zhǎng)率低的特點(diǎn),再加上碳纖維結(jié)構(gòu)受到模具的作用在其結(jié)構(gòu)上發(fā)生了扭曲,使得其承力在z-pin軸向的分力減小。而z-pin在受拉過(guò)程中,碳纖維又起著主要承載的作用,發(fā)生扭曲變形的碳纖維在受拉時(shí)受到的軸向拉伸力各不相同,使得z-pin整體拉伸性能下降。并且zpin螺旋結(jié)構(gòu)越密集,z-pin內(nèi)部的碳纖維扭曲越嚴(yán)重,纖維在受拉方向上的抗拉性能越差。

        2.2 Z-pin拔出載荷位移曲線

        四組z-pin的拔出最大載荷值及其平均值詳見(jiàn)表2,載荷位移曲線如圖10所示。曲線開(kāi)始部分存在小部分彎曲,這是由于T型接頭與實(shí)驗(yàn)夾具之間連接的螺栓和孔洞之間存在空隙導(dǎo)致。在曲線初始階段,z-pin拔出載荷隨著位移上升,直至z-pin與層合板之間開(kāi)始發(fā)生脫膠,載荷突然急劇下降,隨之z-pin與層合板之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),此時(shí)z-pin與層合板間僅存在摩擦作用,載荷隨著位移緩慢下降直至為0。四種不同螺旋度z-pin拔出的載荷位移曲線趨勢(shì)相近,但最大拔出載荷存在差異。可以發(fā)現(xiàn),隨著螺旋導(dǎo)程P的縮小,z-pin表面螺旋度加大,從層合板中拔出z-pin所需要的最大載荷也隨之增加。Z-pin上的螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加了z-pin與層合板之間的接觸面積,使得z-pin拔出力上升。

        表2 不同螺旋度z-pin的拔出載荷

        圖10 Z-pin拔出載荷位移曲線

        3 結(jié)論

        本文使用一種拉擠模具對(duì)浸漬樹(shù)脂的半固化碳纖維束進(jìn)行了螺旋結(jié)構(gòu)加工,制備出四種不同螺旋度的z-pin(包括一種無(wú)螺旋結(jié)構(gòu)z-pin)。分別通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)和拔出實(shí)驗(yàn)對(duì)z-pin軸向抗拉性能以及z-pin在層合板中的層間拔出力進(jìn)行了測(cè)試,主要得出以下結(jié)論:

        (1)螺旋結(jié)構(gòu)會(huì)使得碳纖維產(chǎn)生扭曲和損傷,造成z-pin軸向拉伸性能的下降。隨著螺旋度的上升,拉伸性能下降程度越大。當(dāng)螺旋導(dǎo)程P=0.5cm時(shí),z-pin拉伸斷裂載荷和斷裂強(qiáng)度下降了50%左右,拉伸模量大約下降了20%。

        (2)螺旋結(jié)構(gòu)增加了z-pin/層合板界面連接面積,有效提高了z-pin/層合板界面連接性能。隨著螺旋度的上升,z-pin的層間拔出載荷也隨之提高,當(dāng)螺旋導(dǎo)程P=0.5cm時(shí),z-pin拔出力提高了一倍左右。

        猜你喜歡
        螺旋式合板層間
        基于超聲檢測(cè)的構(gòu)件層間粘接缺陷識(shí)別方法
        基于層間接觸的鋼橋面鋪裝力學(xué)分析
        上海公路(2018年3期)2018-03-21 05:55:40
        結(jié)合多分辨率修正曲率配準(zhǔn)的層間插值
        一秒變酷炫!德國(guó)攝影師將螺旋式樓梯拍成“盜夢(mèng)空間”
        螺旋式推進(jìn)
        中英語(yǔ)篇結(jié)構(gòu)對(duì)比分析
        科技視界(2016年6期)2016-07-12 12:27:41
        層合板上層建筑側(cè)壁抗空爆性能研究
        大段合采油井層間干擾主控因素研究
        基于玻璃纖維增強(qiáng)隔音復(fù)合材料的層合板的隔音性能
        濕熱環(huán)境對(duì)CCF300復(fù)合材料層合板的載荷放大系數(shù)影響
        精品久久久久久无码不卡| 国产又大又黑又粗免费视频| 闺蜜张开腿让我爽了一夜| 老男人久久青草AV高清| 成人午夜视频在线观看高清| 久久丝袜熟女av一区二区| 亚洲成a∨人片在线观看不卡| 人禽无码视频在线观看| 欧美片欧美日韩国产综合片| 久久综合精品国产丝袜长腿| 精品久久久无码人妻中文字幕豆芽| 亚洲暴爽av天天爽日日碰| 无码AV大香线蕉伊人久久| 老女人下面毛茸茸的视频| 亚洲乱亚洲乱妇| 日韩激情小视频| 国产成人色污在线观看| 蜜桃视频在线观看免费亚洲| 国产精品免费看久久久8| 国产成人8x视频网站入口| 亚洲发给我的在线视频| 久久精品国产亚洲av果冻传媒| 婷婷成人基地| 无码无在线观看| 国产一区亚洲二区三区极品 | 人妻无码Aⅴ中文系列| 91人妻人人做人人爽九色| 国产精品久久国产精麻豆99网站| 日本阿v网站在线观看中文 | 国内自拍视频在线观看h| 丝袜美腿在线观看一区| 亚洲av日韩综合一区在线观看| 亚洲成a人片在线播放观看国产| 亚洲国产精品成人一区二区在线| 亚洲av成人无遮挡网站在线观看| 国产精品-区区久久久狼| 国产av乳头久久一区| 黄色av一区二区在线观看| 亚洲国产无套无码av电影| 中文字幕无码免费久久9| 亚洲写真成人午夜亚洲美女|