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《武汉理工大学》 2011年
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复合材料缠绕管扭转性能的研究

吴非  
【摘要】:近年来,随着国家对低碳经济的大力支持,树脂基复合材料由于具有耐腐蚀,轻质高强,可设计性等优点使得其研究与应用变得越来越重要。目前,复合材料作为金属材料的替代材料被应用在各种结构件上。在交通运输领域中复合材料传动轴由于具有很高的比强度,极佳的绝热性等特点越来越受到人们的重视。因此,对玻璃纤维增强树脂基复合材料扭转性能的研究有着极为重要的意义。 本文采用中温固化环氧树脂体系,用湿法缠绕工艺制备了几种不同缠绕角度与不同厚度的复合材料缠绕管,通过对试样的树脂含量、最大扭矩等性能的测试,研究了缠绕角、厚度等因素对复合材料缠绕管扭转性能的影响,并采用最大应力准则和蔡-吴(Tsai-Wu)张量准则,运用有限元软件分别对破坏试样进行分析,找到两种破坏准则下的失效指数,然后根据计算结果对混合层缠绕试样进行破坏扭矩预测,并同实际扭矩对比,寻找预测复合材料缠绕管破坏扭矩的方法。 研究结果表明,随着试样缠绕角度的增加,试样的破坏扭矩和最大切应力逐渐减小,同时试样的壁厚也随角度的增加而减小,当缠绕层数为3层时,25°试样的最大扭矩和最大切应力分别比60°试样增加了132%和45%。当缠绕角固定在25°时,3层试样的破坏扭矩和最大切应力分别是2层试样的128%和58%,因此缠绕层数越多试样的扭转性能越好。采用25°/60°/25°和60°/25°/60°混合角度缠绕的试样扭转性能与25°缠绕式样比较接近,说明选择合适的混合缠绕角度可以在不降低扭转性能的情况下,提高其它方向上的力学性能。另外,所有扭转试样在破坏处均沿缠绕角方向呈压缩破坏形式且伴有分层现象。 采用蔡-吴张量准则可以较准确的预测出45°和55°这两种试样的破坏扭矩,而对于25°试样,采取定义的失效指数则不能预测出破坏扭矩,必须要通过和实际破坏扭矩进行对比,修正破坏指数,才能使预测较为准确。对于混合层缠绕试样,其破坏形式较为复杂,需要考虑不同角度铺层的破坏情况,其实际破坏扭矩会介于破坏扭矩最大层和最小层之间。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB332

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