车用玻璃纤维增强尼龙66二维斜纹编织复合材料的性能研究

摘要

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，是将高温熔融下的玻璃液经拉丝冷却固化而成，尼龙66(PA66)具有较高的力学性能和良好的加工性能，与传统材料相比，具有高强度、质量轻、比模量高、抗疲劳性能好及减震性能优越等诸多优点，尼龙(PA)在世界范围内需求量稳居工程塑料之首。玻璃纤维增强尼龙66斜纹编织复合材料中玻璃纤维和尼龙66基体在性能上起协调作用以及在结构上起相互强化作用，具有单一材料无法比拟的优越性能，因此在汽车上得到广泛应用。
　　本文对不同铺层角试样进行拉伸和四点弯曲试验，观察分析失效后试样微观损伤。当复合材料受到纵向拉伸时，材料内裂纹首先出现在玻璃纤维和PA66基体接触面内，随着应力的增加，玻璃纤维和基体材料间的裂纹将逐渐扩大，随后裂纹扩展到材料中基体含量丰富区域，纱线之间发生分层现象，纱线内PA66基体的大面积开裂。最终随着应力的增加，玻璃纤维发生变形，玻璃纤维产生表面裂纹，这些裂纹最终导致玻璃纤维的断裂，材料因此失效。当复合材料受到弯曲时，纱线之间迅速产生裂纹并逐渐扩展导致分层现象。随着分层的继续纱线内产生微观裂纹，当内部裂纹积累到一定程度后，载荷达到最大，随后随着裂纹的扩展逐渐降低，随后纱线内玻璃纤维与PA66基体之间以及基体内的微观裂纹快速扩展，最终伴随着玻璃纤维的拉伸断裂和屈服断裂试样发生弯曲失效。此外随着相对湿度的增加，PA66基体由于水分的增加，塑性得到增加，因此导致复合材料拉伸强度和杨氏模量的下降，同时最大应变也随之增加，并且断裂处伴随有玻璃纤维之间的连丝现象。[(±45)3]铺层复合材料受到的影响比[(0/90)3]铺层复合材料更为明显。
　　通过对试验的循环载荷疲劳试验，[(0/90)3]斜纹铺层复合材料在80MPa的最大应力循坏载荷条件下载荷达到100万圈后试样仍没有断裂，因此该类型的材料在不超过80MPa的应力水平环境下能够满足实际使用的需求。同样类型[（±45）3]铺层角的复合材料在不超过40MPa的应力水平环境下能够满足实际使用的需求。此外疲劳模型Nf=[1+(σ0,θ/σmax-1）fβ/α(1-R)1.6-R|sinθ|(σ0,θ/σmax)1.6-1-R|sinθ|]1/β能够非常准确地预测该复合材料的疲劳行为，其中模型中参数α=0.022，β=0.465。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 复合材料

1．1．3 纤维

1．1．4 高分子基复合材料

1．1．5 复合材料疲劳性能及研究现状

1．1．6 复合材料在汽车上的应用

1．2 纤维增强尼龙复合材料

1．2．1 玻璃纤维

1．2．2 尼龙66

1．2．3 玻璃纤维增强尼龙66复合材料

1．2．4 编织复合材料

1．3 选题背景及研究意义

1．3．1 选题背景

1．3．2 研究意义

1．4 主要研究内容

第二章 试验材料与方法

2．1 试验材料

2．2 试验设备

2．3 试验方案

2．3．1 静态拉伸和弯曲试验

2．3．2 相对湿度试验

2．3．3 克-拉疲劳实验

第三章 复合材料微观裂纹的研究

3．1 拉伸断裂微观损伤

3．1．1 力学参数

3．1．2 微观形貌

3．2 四点弯曲微观损伤

3．2．1 试验结果

3．2．2 微观形貌

3．3 本章小结

第四章 相对湿度对材料性能的影晌

4．1 相对质量变化

4．2 静态拉伸试验

4．3 微观形貌

4．4 本章小结

第五章 材料疲劳行为研究

5．1 疲劳试验

5．1．1 试样形状优化

5．1．2 S-N曲线函数

5．1．3 疲劳模型参数

5．1．4 试验所得S-N曲线

5．2 疲劳损伤分析

5．2．1 红外热成像试验

5．2．2 力学参数变化

5．2．3 微观裂纹

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的学术成果