幾種高性能纖維的彎曲疲勞和有限元應(yīng)用.pdf

1、柔性材料在使用過(guò)程中，不可避免地會(huì)受到外力的反復(fù)作用而發(fā)生疲勞破壞，導(dǎo)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(shí)，會(huì)經(jīng)常受到反復(fù)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(duì)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(guān)于傳統(tǒng)金屬材料的彎曲疲勞已經(jīng)有很多研究報(bào)道，但紡織纖維的彎曲疲勞研究起步較晚。越來(lái)越多的學(xué)者開始關(guān)注纖維的彎曲疲勞。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有滑輪彎曲疲勞儀、三點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)彎曲疲勞儀，可以實(shí)現(xiàn)柔性單纖維定點(diǎn)彎曲疲勞測(cè)試。
　　 實(shí)驗(yàn)研究中用LLY-06單纖維斷裂測(cè)試儀測(cè)試了Kevlar49、Twaron2000、Nomex和Spectra2000四種高性能纖維的靜態(tài)力學(xué)性能。通過(guò)自制的柔性單纖維定點(diǎn)彎曲疲勞儀對(duì)著四種高性能纖維進(jìn)行定點(diǎn)彎曲疲勞測(cè)試。實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)遠(yuǎn)好于其他測(cè)試?yán)w維。(2)在相同彎曲角度時(shí)，初始預(yù)加應(yīng)力越大，纖維的疲勞壽命就越小;在相同的預(yù)加應(yīng)力時(shí)，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(duì)數(shù)分別與纖維的預(yù)加應(yīng)力和彎曲角度線性相關(guān)。(3)Kevlar49纖維彎曲疲勞破壞頭端原纖劈裂嚴(yán)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(shí)驗(yàn)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(guò)ABAQUS軟件對(duì)高性能纖維的靜力問題進(jìn)行分析，得到不同參數(shù)下，纖維所受到的最大應(yīng)力，擬合得到纖維材料的疲勞壽命曲線(S-N曲線)。并通過(guò)疲勞分析軟件FE-SAFE對(duì)纖維疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到纖維材料在各種參數(shù)下的壽命。比較實(shí)驗(yàn)和有限元計(jì)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(duì)誤差進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)纖維材料在