欧美肥婆另类bbwbbw,麻豆国产精品久久人妻,久久久久人妻一区二区三区,《警花交换做爰》

國檢檢測歡迎您!

微信公眾號|騰訊微博|網站地圖

您可能還在搜: 無損檢測緊固件檢測軸承檢測上海綜合實驗機構

社會關注

分享:碳纖維增強樹脂基復合材料加工表面粗糙度 對疲勞性能的影響

返回列表 來源:國檢檢測 查看手機網址
掃一掃!分享:碳纖維增強樹脂基復合材料加工表面粗糙度 對疲勞性能的影響掃一掃!
瀏覽:- 發布日期:2022-08-08 16:00:00【

摘 要:采用磨削和銑削(順銑逆銑)加工工藝獲得不同表面粗糙度Sa 的碳纖維增強樹脂基 (CFRP)復合材料試樣并進行拉-拉疲,退了加工表面粗糙度對疲勞性 能的影響結果表明:磨削順銑和Sa 1.2,3.2,5.9μm;層表 面纖維缺失,存在空隙,銑削試樣在45°纖維鋪層表面存在較多凹坑,多且;磨削試樣的疲勞壽命最高,逆銑試樣次之,順銑試樣最低;隨著Sa ,CFRP表面裂紋迅速萌生擴展,剛度退化初始階段的退化速率升高,剛度退化I階段更快結束,試樣的疲 勞壽命降低

關鍵詞:碳纖維增強樹脂基復合材料;三維表面粗糙度Sa;磨削;銑削;疲勞壽命;剛度退化 

中圖分類號:TH145 文獻標志碼:A 文章編號:1000-3738(2022)01-0091-06

0 引 言

碳纖維增強樹脂基(CFRP)復合材料因具有高 比強度,高比模量以及良好的耐腐蝕性耐疲勞性和 阻尼減震性,在航空航天領域得到了廣泛應用[1]目前 CFRP復合材料零件主要采用近凈成形技術 進行制備,為了滿足零件最終的形狀尺寸和裝配要,還經常需要對 CFRP復合材料零件進行切邊加 航空制造業對 CFRP 復合材料零件機加工后 的毛刺撕裂分層缺陷以及表面粗糙度都有標準要 [2-3]在復合材料零件缺陷和表面粗糙度滿足標 準的前提下,表面粗糙度不同對疲勞性能的影響還 沒有明確定論,而研究加工表面粗糙度對復合材料 疲勞性能的影響有著重要意義

目前,工業領域用于評定復合材料零件加工表 面的表面粗糙度參數為算術平均高度(Ra)。該參 數最初是用來評定金屬材料加工表面質量的,當用 于評定復合材料時存在一定不足[4]韓勝超[3]發現 纖維切削角為45°CFRP復合材料纖維層中會隨 機產生大量微坑缺陷,這對 Ra 的測試有較大干擾 ,同一加工表面不同位置 Ra 檢測結果會出現較 大差異相比于Ra,三維表面粗糙度Sa 可反映整 個表面的高度偏差信息,從而避免復合材料表面粗 糙度測試中的干擾[5]

隨著 CFRP 復合材料在飛機主承力結構上的 應用日益增多,以及輕量化要,料結構的疲勞問題日益凸顯[6],疲勞性能的研究主要集中在環境以及材料本身的影 響方面,并常用到疲勞壽命模型及剛度退化模型[7]方毅[8]采用壽命預測及剛度退化模型研究了濕熱老 化對碳纖維/環氧樹脂板材拉伸疲勞性能的影響,好地解釋了 CFRP復合材料板材的濕熱老化HADDAD[4]研究了臨界剛度退化率與 CFRP合材料疲勞壽命之間的關系,發現臨界剛度退化率 越高 的 試 樣 疲 勞 壽 命 越 長。DORMOHAMMDI [9]研究發現,復合材料在疲勞過程中的損傷演化 大體上可以分為3個階段:I階段為疲勞起始階段, 主要表現為基體彌散性開裂,各單層內裂紋擴展,度劇烈下降,該階段占總疲勞壽命的比例一般小于 20%,一般以基體裂紋密度達到飽和狀態為結束標 ,該狀態稱為特征損傷狀態(CDS)[10-11];Ⅱ階段占 據疲勞壽命的比例很大,表現為剩余剛度緩慢線性 下降,損傷類型主要為纖維斷裂基體開裂以及基 -纖維界面的脫膠分層;Ⅲ階段為臨近失效階段, 主要表現為纖維大規模斷裂,層合板失效,剛度快速 下降,該階段占總疲,突然死亡的特征[12]退續地測復合材料疲勞損傷的過程,從而能更直觀地分析 表面粗糙度對疲勞壽命的影響機理。 

ANANDAN [13]研究了金屬基復合材料加工表面缺陷對疲勞性能的影響,發現表面粗糙度大的 試樣疲勞壽命有所下降然而,目前涉及加工表面 粗糙度對樹脂基復合材料疲勞性能影響的研究還比 較缺乏因此,作者采用磨銷和銑銷加工出具有不 同表面粗糙度的 CFRP復合材料試樣并進行了拉- 拉疲勞試驗,基于剛度退化模型研究了加工表面粗 糙度對疲勞性能的影響。 

1 試樣制備與試驗方法 

試驗材料為多向 CFRP復合材料層合板,其中 基體材料為環氧樹脂,增強材料為東麗公司生產的 T800,65%。[(-4/90°/45°/0°)2]s,16,厚度 2.7mm片將工成200mm ,兩種面具面粗,形板間進,面分了逆銑和順銑的加工方式,得到的兩半試樣分別記 和順一組,3, 6,3,樣和 疲 勞 試 樣 的 尺 寸 均 為 長 度 200 mm,寬 度 12mm,厚度2.7mm。 

采用Sensofar3D 光學輪廓儀對加工后的試 ,Nikon20,877μm×660μm,xy 0.645μm,8nm,0.31μm,數值0.45,12,2mm×2mm 的采樣面積,得到試樣表面三維形 貌及各點坐標,過計算得到表面粗糙度Sa

按照 ASTM D3039標準,采用 CMT7504型萬能 ,2mm·min-1ASTM D3479,Rzutest疲勞,使,6Hz,0.1,, 選擇靜拉伸試驗測得的拉伸強度的55%,60%,65% 外加,3求平 ,FimaxFiminLimax最小變形量Limin

2

2.1 表面粗糙度及SEM 形貌 由圖1 和 圖 2 可 見,不 同 加 工 條 件 下 得 到 的 CFRP復合材料試樣加工表面形貌差異顯著

企業微信截圖_16599457562301

磨削試樣表面質量整體較好,表面最高峰均位 于層間樹脂處,2~4μm維鋪 層上為沿纖維方向切削,的表面較平整,由于砂輪磨粒的高度并不完全一致,在相對較 高的磨粒作用下,一些纖維被切削去除,從而產生空 ,這些纖維空隙會形成寬約8μm 的谷空隙形成的谷區會引起應力集中,從而影響材料 的力學性能磨削試樣其余鋪層的纖維方向已經很 難直接看出,且表面都較為平整順銑試樣在45° 纖維鋪層上存在大量凹坑,最深處可達80μm,凹坑的形成是由于纖維發生了彎曲斷裂,的位置在刀具刃口平面以下,此處大量的纖維被拔 出或者露頭,僅存的完整平面上均被樹脂涂覆銑試樣在45°纖維鋪層上的銑削表面質量最差,多以及過深的谷區也易引起應力集中順銑試樣表面最高峰均位于45°纖維鋪層兩側層間樹脂處,10~20μm,些樹塑性 變形,該鋪層斷裂隆起順銑試樣纖維鋪層的加工面由裸露的纖 維和少量破碎的樹脂組成,少量長纖維被刀刃切碎9鋪層-45°,,表面45°纖維鋪層的凹坑與順銑試樣相比較淺且面 較小,40μm,其余鋪層上的形貌與順 樣相表面粗糙度Sa 的計算公式為 Sa =A1A z(x,y)dxdy (1) :A 取樣區域的面;z(x,y)為測試點(x, y)

通過計算得到磨削逆銑和順銑試樣的 Sa 別為1.2,3.2,5.9μm,表面粗糙度依次增大

2.2 靜態拉伸性能

在拉-拉疲勞試驗之前,需要對材料的靜態拉伸 性能進行測試磨削試樣表面粗糙度較小,缺陷較 ,因此將磨削試樣作為此 CFRP復合材料的拉伸 性能測試標準件由圖3可知,試樣在發生破壞之 ,應力-應變曲線基本呈線性關系,不同磨削試樣 的應力-應變曲線較為一致,拉伸強度離散性較小測得 CFRP復合材料的拉伸強度為719 MPa,彈性模量為45.8GPa,均符合 ASTM D3479標準。 

企業微信截圖_16599458923134

2.3 疲勞壽命

選 擇 靜 拉 伸 試 驗 測 得 的 拉 伸 強 度 的 55%, 60%,65% ,395,431,467 MPa作為外加最大應 力進行疲勞試驗由表1可知:在相同應力循環下, 不同加工表面粗糙度試樣的疲勞壽命測試值均存在 較大離散度;在相同外加應力下,CFRP復合材料試 樣的疲勞壽命隨加工表面粗糙度的增大而下降,最大應力逐漸增大后,不同加工表面粗糙度試樣之 間的疲勞壽命差異減小,由此可推測,隨著最大應力 進一步增大,疲勞壽命會更加接近

企業微信截圖_16599459258898

2.4 剛度退化演貌 

剩余剛度Ei Ei =Fimax -Fimin Limax -Limin (i=1,…,Nf) (2) 將剩余剛度以及疲勞壽命進行正則化處理,消除外界因子的影響,曲線的變化仍然服從原有的 規律正則化處理表達E* =Ei/E0 (3) N* =n/Nf (4) 式中:E* 為正;E0 ;N* 正則 疲勞壽命;Nf ;n 在最大應力為395 MPa,CFRP復合材料試 樣的疲勞壽命相對較長,剛度退化演化過程更加完 ,因此選擇在該最大應力下進行剛度退化分析試樣在剛度退化達到臨界狀態時發生疲勞斷裂4可知,不同表面粗糙度 CFRP復合材料試樣剛 度退化過程的階段均很短,甚至難以直接觀察到3個磨削試樣剛度退化曲線的變化較為一致,剛度 退化I階段占總疲勞壽命的40%左右,遠超典型剛 度退化曲線的I階段占比(不超過20%)。其中:半段占總疲勞壽命的近20%,剛度下降10%左右, 與典型剛度退化曲線的I階段較為類似;后半段剛 度幾乎呈線性下降,剛度退化近30%。剛度退化II 階段占據部分,剩余為緩,10%,度退化規律較為一致。3個逆銑試樣疲勞壽命的離 散性,退:剛度退I40%,在此階段僅退化20%,相較于其余兩個試樣剛度退 化速率較小;疲勞壽命最長試樣在I階段的剛度退 化最為明顯,在達到疲勞壽命的20%時剛度下降近 35%;疲勞壽命在兩者之間的試樣I階段的剛度退 化速率也位于兩者之間由此可見,I階段剛度退 化速率越快,I階段占疲勞壽命比值越小的試樣,勞壽命越長。3個順銑試樣的剛度退化曲線總體變 化趨勢較為一致,疲勞壽命離散性較小,I階段剛 度退化率越快的試樣疲勞壽命越高由圖5可知,高疲勞壽命(Nf=116663周次) 逆銑試樣的斷口呈多種失效模式,大量纖維發生斷 裂或擠壓變形,基體的大規模斷裂造成較多的樹脂 脫黏散落在纖維表面,復合材料纖維-樹脂界面的強 度弱化,造成纖維脫黏纖維斷裂樹脂破碎,這是 由 于該試樣剛度退化階段疲勞壽命占比小,階段經歷的疲勞循環次數多,試樣斷口存在顯著的 階段損傷特征[9]低疲勞壽命(Nf=35648周次) 順銑試樣斷口處的纖維與高疲勞壽命試樣相比更加 整齊,有較多樹脂拉拔的痕跡,斷裂模式較為單一,于該試樣的剛度退化階段時間較短,其樹脂基體和 纖維還未發生大規模的斷裂試樣就已經失效。 

企業微信截圖_16599460161699

較大的表面粗糙度會使材料在疲勞過程中發生 應力集中,從而導致疲勞裂紋萌生擴展[14]順銑試 樣的表面粗糙度(Sa 5.9μm)(80μm),缺口[15],因此該試樣的應力集中 系數最大,疲勞微裂紋萌生后擴展速率更快,剛度退 化初始階段退化速率更高,勞壽命更短。3個磨 削試樣均經歷了27000~29000周次應力循環后 完成剛度退化I階段,達到特征損傷狀態;3個逆銑 試 樣 在 I 階 段 的 循 環 次 數 離 散 性 稍 大,21000~27000周次不等;3個順銑試樣在I段的循環次數為21000~23000周次由此可知, CFRP復合材料試樣表面粗糙度越大,裂紋越快達到飽和狀態,從而更快地結束剛度退化的初始階段, 最終使得疲勞壽命降低另外,在相同應力水平下, 疲勞早期裂紋分布更加均勻的 CFRP復合材料試樣 擁有更長的疲勞壽命,反之裂會使過早聚合從而導致壽命縮短[16]凹坑中出現于45°纖維鋪層處,使得微裂紋在此處集中分 ,而磨削試樣的表面質量整體較好,微裂紋分布相 對均勻,因此銑削試樣疲勞壽命低于磨削試樣

3 結 論

(1)CFRP復 合 材 料 磨 削 試 樣 的 表 面 粗 糙 度 Sa 1.2μm,,失從而;削試45°維鋪 層表面產生較多凹坑,其中順銑的缺陷更為嚴重, 逆銑和順銑試樣的表面粗糙度Sa 3.2μm 5.9μm

(2)CFRP復合材料試樣在疲度發生退化,表面粗糙度越小的試樣在初始階段退 化速率越高,疲勞壽命也越高;隨著表面粗糙度的增,CFRP復合材料的疲勞壽命減小,所受的循環應 力水平越大,表面粗糙度的影響越小,疲勞壽命趨于 一致(3)表面粗糙度更大的 CFRP復合材料試樣裂 紋萌生和擴展更為迅速,且裂紋集中分布于缺陷處, 裂紋更加密集并過早聚合,使得剛度退化I階段退 化速率升高,疲勞壽命降低


參考文獻: [1] 陳燕,葛恩德,傅玉燦,.碳纖維增強樹脂基復合材料制孔技 術研究現狀與展望[J].復合材料學報,2015,32(2):301-316. CHEN Y,GE E D,FU Y C,etal.Review andprospectof drillingtechnologiesforcarbonfiberreinforcedpolymer[J]. ActaMateriaeCompositaeSinica,2015,32(2):301-316. [2] HRECHUK A,BUSHLYA V,ST?HL J E.Hole-quality evaluationindrillingfiber-reinforcedcomposites[J].Composite Structures,2018,204:378-387. [3] 韓勝超.CFRP側銑加工工藝研究[D].南京:南京航空航天大 ,2014. HAN S C.Researchonside millingprocessofCFRP[D]. Nanjing:NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics, 2014. [4] HADDAD M,ZITOUNE R,BOUGHERARA H,etal.Study oftrimmingdamagesofCFRPstructuresinfunctionofthe machining processes and theirimpact on the mechanical behavior[J].CompositesPartB:Engineering,2014,57:136- 143. [5] 何寶鳳,翠 娥,劉 柄 顯,.三 維 表 面 粗 糙 度 的 表 征 和 應 用 [J].光學 精密工程,2018,26(8):1994-2011. HEBF,WEICE,LIU BX,etal.Three-dimensionalsurface roughnesscharacterization and application[J].Optics and PrecisionEngineering,2018,26(8):1994-2011. [6] MANDEGARIAN S,TAHERI-BEHROOZ F.A general energybasedfatiguefailurecriterionforthecarbon epoxy composites[J].CompositeStructures,2020,235:111804. [7] BROD M,JUST G,DEAN A,etal.Numericalmodellingand simulationoffatiguedamageincarbonfiberreinforcedplastics atdifferentstressratios[J].Thin-WalledStructures,2019, 139:219-231. [8] 方毅.濕熱老化對碳纖維/環氧樹脂板材拉伸疲勞性能的影響 [D].哈爾濱:哈爾濱工業大學,2016. FANGY.Effectsofhygrothermalagingonthetensilefatigue behaviorsofcarbonfiberreinforcedepoxyplates[D].Harbin: HarbinInstituteofTechnology,2016. [9] DORMOHAMMDIS,GODINESC,ABDIF,etal.Damage- tolerantcompositedesignprinciplesforaircraftcomponents underfatigue serviceloading using multi-scale progressive failureanalysis[J].JournalofComposite Materials,2017,51 (15):2181-2202. [10] REIFSNIDERKL,HENNEKEEG,STINCHCOMB W W, etal.Damage mechanicsand nde ofcompositelaminates [M ]//Mechanics of Composite Materials.Amsterdam: Elsevier,1983:399-420. [11] HIGHSMITH A L,REIFSNIDER K L.Stiffness-reduction mechanisms in composite laminates [M ]//Damage in Composite Materials:Basic Mechanisms,Accumulation, Tolerance,andCharacterization.WestConshohocken:ASTM International,1982:103-103-15. [12] 翟洪軍,姚衛星.纖維增強樹脂基復合材料的疲勞剩余剛度研 究進展[J].力學進展,2002,32(1):69-80. ZHAIHJ,YAO W X.Asurveyonstiffnessreductionmodels offiberreinforcedplasticsundercyclicloading[J].Advances inMechanics,2002,32(1):69-80. [13] ANANDAN N,RAMULU M.Studyof machininginduced surfacedefectsanditseffectonfatigueperformanceofAZ91/ 15%SiCpmetalmatrixcomposite[J].JournalofMagnesium andAlloys,2020,8(2):387-395. [14] .裂紋形核機理研究[J].應用 數學和力學,2004,25(8):809-814. YUEZF.Onthestudyoftheinitiationofthemicrocrackon the smooth surface of polycrystalline [J]. Applied MathematicsandMechanics,2004,25(8):809-814. [15] ,,.中系數及 [J].,2015,26(2):147-151. LIAOZ Q,WU Y X,YUAN H Y.Influencesofsurface roughnessonthreedimensionalstressconcentrationfactor andfatiguelife[J].China MechanicalEngineering,2015,26 (2):147-151. [16] PLUMTREEA,SHIL.Fatiguedamageevolutioninoff-axis unidirectionalCFRP[J].InternationalJournalofFatigue, 2002,24(2/3/4):155-159.

< 文章來源>材料與測試網 > 機械工程材料 > 46卷 >

推薦閱讀

    【本文標簽】:碳纖維增強樹脂基復合材料;三維表面粗糙度Sa;磨削;銑削;疲勞壽命;剛度退化
    【責任編輯】:國檢檢測版權所有:轉載請注明出處

    最新資訊文章

    主站蜘蛛池模板: 甘德县| 松滋市| 永泰县| 阜阳市| 东宁县| 茌平县| 洱源县| 青岛市| 大英县| 阳曲县| 灵武市| 崇义县| 秦皇岛市| 武定县| 延庆县| 射阳县| 钟祥市| 金沙县| 深水埗区| 泰宁县| 浮梁县| 井冈山市| 贵州省| 潞西市| 蓝田县| 民和| 望谟县| 普宁市| 镇雄县| 隆子县| 合水县| 安平县| 东光县| 长寿区| 开原市| 炎陵县| 凤台县| 剑川县| 社旗县| 渝北区| 宜春市|