基于多功能定點彎曲的Kevlar49單纖維疲勞性能表征.pdf

1、纖維材料疲勞性能的表征是認知方法，這對其應用有重要的指導作用。而對材料的認知又促進表征方法的發(fā)展。國內(nèi)外已經(jīng)有的滑輪式彎曲疲勞、三點彎曲疲勞和鐘擺式彎曲疲勞，均不是定點(fix-point)彎曲?？紤]到這些儀器存在的不足，本研究在單纖維的表征及其多功能測量上進行了探索，研制了相應的多功能定點彎曲疲勞儀(FipBFAN)，并對Kevlar49單纖維的彎曲疲勞性能作了表征。具體內(nèi)容如下：
　　 (1)多功能定點彎曲疲勞儀(FipBF

2、AN)的研制，實現(xiàn)單纖維的定點彎曲及其在線觀察與測量；能夠完成預張力、彎曲角度、彎曲頻率的設(shè)置與自動控制；可模擬光熱及其復合環(huán)境下的疲勞實驗；可直接提取彎曲實測過程中的張力的波動曲線疲勞特征值和彎曲疲勞壽命。
　　 (2)該儀器(FipBFAN)由輻照系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、擺動系統(tǒng)、數(shù)字光學觀察系統(tǒng)、空間位置控制系統(tǒng)、控制箱及軟件構(gòu)成。測量原理為組合原位的實時表征，已申請國家發(fā)明專利。實驗所得結(jié)果與以前的儀器相比更為精確、可靠、完善。

3、
　　 (3)使用FipBFAN測試了Kevlar49纖維的單纖維彎曲疲勞性能。實驗結(jié)果表明，通過預張力一斷裂次數(shù)(T-N)曲線，證明預張力與彎曲疲勞壽命為指數(shù)關(guān)系；彎曲疲勞過程的張力因彎曲發(fā)生循環(huán)波動的變化；彎曲疲勞過程固定應變，Kevlar49纖維明顯的存在張力松弛，為保證張力準動態(tài)平衡，進行微拉動張力補償，故纖維存在伸長，即發(fā)生蠕變行為的體現(xiàn)；彎曲角度越大，張力循環(huán)的幅度越大，彎曲疲勞壽命越短；彎曲角度越小，預張力越小，彎

4、曲疲勞壽命越長；在小的彎曲角度和大的預張力下與大的彎曲角度與小的預張力下的破壞效果是等效的；角度對彎曲疲勞壽命的影響程度與預張力有關(guān)，預張力越小，越小的彎曲角下彎曲疲勞壽命增加越大，增加的幅度隨著角度的減小而提高；頻率越高彎曲疲勞壽命越短；100℃彎曲點溫度環(huán)境對Kevlar49纖維彎曲疲勞壽命影響不明顯：相對于100℃溫度的影響，輻照光的影響較大；光熱復合環(huán)境實驗證明，光熱復合環(huán)境有交互作用且疲勞壽命明顯減少。
　　 (4)在

5、實驗過程中Kevlar49單纖維的張力隨彎曲發(fā)生動態(tài)變化，基于此相對于一般蠕變和松弛的概念，提出了動態(tài)松弛和動態(tài)蠕變的概念。
　　 (5)通過對Kevlar49單纖維彎曲疲勞過程中的形貌分析得到：Kevlar49纖維的斷裂主要是正常彎曲斷裂而不是表面磨損是纖維彎曲點發(fā)生彎曲疲勞破壞的過程。在纖維被彎曲的區(qū)域（纖維彎曲點），由于被彎曲的各層面受到反復的擠壓、且應變不同，故形成層問剪切，使纖維彎曲點首先原纖化，原纖化纖維逐步分散并從