纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料吸濕行為的有限元研究.pdf

1、纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料在長期服役過程中會因為吸濕而引起性能的下降，為此人們已經(jīng)對其進行了廣泛的研究。本文將有限元方法與實驗方法相結(jié)合，對環(huán)氧樹脂(EP)基體材料，碳纖維/環(huán)氧(CFL/EP)復(fù)合材料以及超高分子量聚乙烯纖維/環(huán)氧(UHL/EP)復(fù)合材料的吸濕行為進行研究，并對影響CFL/EP復(fù)合材料吸濕行為的幾個因素進行模擬分析，為其能夠更好地應(yīng)用于航空航天、機械和醫(yī)療等領(lǐng)域提供了更多的理論依據(jù)。 本文將EP基體試樣，CFL

2、/EP復(fù)合材料試樣以及UHL/EP復(fù)合材料試樣置于一定濕熱環(huán)境中，對試樣的重量進行跟蹤測量，繪制吸濕動力學(xué)曲線，獲得有限元模擬計算的參數(shù)。 采用有限元分析程序ABAQUS的質(zhì)量擴散模塊模擬了EP基體材料、CFL/EP復(fù)合材料以及UHL/EP復(fù)合材料在環(huán)境溫度T=37°C以及相對濕度RH=100％條件下的吸濕行為，計算結(jié)果和實驗結(jié)果吻合較好，為后續(xù)的濕熱殘余應(yīng)力的模擬計算打下了初步基礎(chǔ)。 本文還采用有限元方法研究了不同纖維

3、分布模型對有限元計算結(jié)果的影響以及溫度、介質(zhì)等因素對CFL/EP復(fù)合材料吸濕行為的影響。結(jié)果表明：纖維按隨機方式排布于環(huán)氧樹脂基體上的有限元模型能夠更好地模擬實際情況；溫度對CFL/EP復(fù)合材料的吸濕行為的影響很大，T=80℃時的吸濕率以及平衡吸濕量比T=37°C時的大；吸濕介質(zhì)不同時，復(fù)合材料的吸濕規(guī)律不同，在10％HCl酸性溶液中的吸濕動力學(xué)曲線不符合菲克定律。 有限元模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好，驗證了ABAQUS軟件的質(zhì)量