碳纤维增强编织复合材料圆管的扭转力学性能及其损伤机制

摘要

为研究编织层数对编织复合材料圆管的扭转力学性能和失效模式的影响,采用二维编织铺层(Over-Braiding)工艺及真空辅助树脂灌注成型工艺分别制备了2、3和4层的碳纤维/树脂编织复合材料圆管。通过搭建扭转试验-非接触全场应变测试平台,研究了3种编织层数的复合材料圆管的扭转力学响应。基于扫描电子显微镜与微计算机断层扫描技术等测试方法,分析了编织复合材料圆管的扭转失效机制。结果表明:编织复合材料圆管在扭转载荷下呈线弹性脆断特征,且形成了贯穿管壁的空间螺旋剪切带损伤区;编织层数的增加利于应力应变的稳定扩散,减少整体结构分层损伤,4层圆管的失效扭矩可达450.00 N·m,分别是3层圆管和2层圆管的1.39和2.20倍;失效模式主要有纤维断裂或劈裂、脱黏、基体开裂或碎裂等,宏观层面的失效模式种类差异不大,但在微观层面,编织层数越少,圆管的纤维失效特征更明显。