幾種高性能纖維的彎曲疲勞和有限元應用.pdf

1、柔性材料在使用過程中，不可避免地會受到外力的反復作用而發(fā)生疲勞破壞，導致材料性能逐漸失效。纖維材料在使用中，尤其是產(chǎn)業(yè)用時，會經(jīng)常受到反復彎曲作用，其彎曲疲勞壽命影響了產(chǎn)品最后的使用性狀，故對纖維材料的疲勞性能的研究是必要的。最早開始研究疲勞問題從金屬材料開始，關于傳統(tǒng)金屬材料的彎曲疲勞已經(jīng)有很多研究報道，但紡織纖維的彎曲疲勞研究起步較晚。越來越多的學者開始關注纖維的彎曲疲勞。國內(nèi)外已經(jīng)有滑輪彎曲疲勞儀、三點彎疲勞儀和鐘擺式彎曲疲勞儀，

2、這些彎曲疲勞儀都不是定點彎曲疲勞儀?？紤]到這些儀器的不足，利用本課題組自行研制的柔性單纖維定點彎曲疲勞儀，可以實現(xiàn)柔性單纖維定點彎曲疲勞測試。
　　 實驗研究中用LLY-06單纖維斷裂測試儀測試了Kevlar49、Twaron2000、Nomex和Spectra2000四種高性能纖維的靜態(tài)力學性能。通過自制的柔性單纖維定點彎曲疲勞儀對著四種高性能纖維進行定點彎曲疲勞測試。實驗發(fā)現(xiàn):(1)在相同情況下Kevlar49和Twaron

3、2000的彎曲疲勞性能比較接近，Nomex纖維的彎曲疲勞性能最差，Spectra2000纖維的彎曲疲勞性能遠遠好于其他測試纖維。(2)在相同彎曲角度時，初始預加應力越大，纖維的疲勞壽命就越小;在相同的預加應力時，彎曲角度越大，纖維的疲勞壽命就越小。纖維的疲勞壽命的對數(shù)分別與纖維的預加應力和彎曲角度線性相關。(3)Kevlar49纖維彎曲疲勞破壞頭端原纖劈裂嚴重，屬于劈裂破壞，Twaron2000也發(fā)生劈裂破壞，Spectra2000纖維

4、發(fā)生塑性破壞，Nomex主要發(fā)生撕裂破壞。
　　 實驗記錄了在不同參數(shù)下，高性能纖維的彎曲疲勞次數(shù)。通過ABAQUS軟件對高性能纖維的靜力問題進行分析，得到不同參數(shù)下，纖維所受到的最大應力，擬合得到纖維材料的疲勞壽命曲線(S-N曲線)。并通過疲勞分析軟件FE-SAFE對纖維疲勞壽命進行預測，得到纖維材料在各種參數(shù)下的壽命。比較實驗和有限元計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩者在研究纖維材料彎曲疲勞壽命有很好的一致性。并對誤差進行分析，發(fā)現(xiàn)纖維材料在