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纤维增强复合材料HP-RTM工艺中预成型体成型性及粘弹性研究

王彦科  
【摘要】:纤维增强复合材料(FRP)以其优异力学性能、性价比高等优点,被广泛地应用于车身轻量化中。高压树脂传递成型工艺(HP-RTM)以其成型效率高、成型质量好等优点,成为面向汽车结构件成型工艺研究热点。在HP-RTM中,纤维基体的预成型性不仅对后续工艺过程中树脂的渗透过程有重要影响,其还影响成型后复合材料结构件的综合力学性能。本论文主要研究了纤维基体的预成型性及成型过程中所表现出的粘弹性,旨在为纤维基体预成型工艺及复合材料成型工艺提供指导。论文的主要研究成果如下:根据纤维几何结构,选取代表体积单元,建立了相应的铺层初始厚度理论。结合纤维预成型实验,探究其预成型过程中纱线的变形机制,并指出其厚度变形本质。分析嵌套效应对纤维预成型过程中初始厚度、成型厚度和变形厚度三者的影响,得出嵌套效应对织物预成型过程的关系。结合粘弹性基本理论,对Maxwell模型进行改进,建立连续纤维粘弹性模型。在模型中采用不同结构参数,分别用以表征连续征纤维的压缩、应力松弛和回弹三个过程的粘弹性。通过实验验证模型的正确性,并拟合实验曲线得出相关参数,研究模型中参数所表征的物理意义。根据模型中压缩、应力松弛和回弹三阶段的时间常数的关系,分析三者之间的粘弹性关系。结合复合材料工艺生产过程,进行连续纤维湿态下粘弹性实验,得出粘弹性实验曲线。对比分析干态和湿态下的连续纤维粘弹性,指出二者之间的差异。结合论文所建立的理论模型,分析两种条件下模型参数的不同,探究粘性介质对连续纤维粘弹性的影响。论文在连续纤维预成型性及其粘弹性的研究结论,为连续纤维增强复合材料的预成型工艺及其后续工艺过程提供指导。


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