X射線衍射法檢測碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料應(yīng)力研究.pdf

1、復(fù)合材料由于其優(yōu)異的力學(xué)性能，逐步在航空工業(yè)中用做承力件。在復(fù)合材料的使用過程中產(chǎn)生過大的應(yīng)力往往會使其失效，頻繁的更換部件又會影響成本。因此，對復(fù)合材料在役構(gòu)件的應(yīng)力變化值進(jìn)行實時檢測對航空工業(yè)有著重要的意義。由于使用X射線應(yīng)力檢測儀無法直接得到復(fù)合材料的殘余應(yīng)力。采用在復(fù)合材料表面粘貼一層介質(zhì)，通過檢測介質(zhì)的殘余應(yīng)力和加載后介質(zhì)應(yīng)力的大小，得到加載過程中介質(zhì)的應(yīng)力變化值。根據(jù)推導(dǎo)得到的介質(zhì)與復(fù)合材料應(yīng)力變化值關(guān)系計算得出復(fù)合材料表面

2、的應(yīng)力變化值。
　　本研究分別選擇直徑為0.03mm的不銹鋼絲薄膜和厚度為0.025mm的鋁箔作為介質(zhì)，檢測其殘余應(yīng)力。結(jié)果表明，在不銹鋼絲間距為0.5mm處，得到不銹鋼絲的主應(yīng)力為-69.64±13.63MPa。并先后兩次驗證確定不銹鋼絲殘余應(yīng)力的穩(wěn)定性。然而，當(dāng)不銹鋼絲與樹脂膠復(fù)合后，其殘余應(yīng)力數(shù)值分布由-240.4MPa~249.3MPa。結(jié)果差異較大的原因是由于不銹鋼絲直徑過細(xì)，樹脂膠在固化過程中對不銹鋼絲的力學(xué)性能影響極

3、大，影響不銹鋼絲應(yīng)力結(jié)果的穩(wěn)定性。用X射線應(yīng)力檢測儀對鋁箔進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測時，發(fā)現(xiàn)在保證鋁箔表面平整的同時，對其采用適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に?，可以得到鋁箔穩(wěn)定的殘余應(yīng)力值。在10-1Pa的真空條件下，使鋁箔在一個半小時內(nèi)升溫至250℃，保溫十個小時之后，再使鋁箔隨退火爐進(jìn)行冷卻。對其進(jìn)行應(yīng)力檢測，得到鋁箔的主應(yīng)力為-42.93MPa~-7.57MPa，結(jié)果穩(wěn)定。分別對復(fù)合材料底部施加300N、600N、900N、1200N和1500N的載荷，檢測

4、鋁箔-樹脂基復(fù)合材料表面的應(yīng)力值，根據(jù)推導(dǎo)得出的復(fù)合材料與鋁箔應(yīng)力變化值的數(shù)值關(guān)系，計算得到復(fù)合材料表面在不同載荷下的應(yīng)力變化值。使用ANSYS軟件對表面粘貼有鋁箔的復(fù)合材料加載過程進(jìn)行數(shù)值模擬，將鋁箔部分?jǐn)?shù)值模擬結(jié)果與實驗中鋁箔的第10點應(yīng)力變化值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其大體相符。當(dāng)復(fù)合材料受到載荷越大時，實驗與模擬所得到的應(yīng)力檢測結(jié)果相差越小。復(fù)合材料加載過程中實驗影響因素過多，會有異常點的出現(xiàn)。對復(fù)合材料加載過程中，其應(yīng)力值的變化進(jìn)行模擬