原创《CFRP在不同应变率和温度下力学性能试验》：本文关于力学性能论文范文,可以做为相关论文参考文献,与写作提纲思路参考。
摘 要：采用真空辅助树脂灌注成型工艺（VARI）制备了CFRP,利用MTS液压伺服高速机对CFRP试件在4种应变率（25,50,100和200 s-1）和6种温度（-25,0,25,50,75和100 ℃）下进行测试.试验结果表明,在相同温度（室温25 ℃）下,除200 s-1应变率下的韧性外,拉伸强度和韧性随着应变率的提高而明显增大.在相同应变率（25 s-1）下,和室温相比,随着温度的升高或降低,CFRP的拉伸强度和韧性都将降低.试件破坏形态在不同应变率下并没有明显区别,但在不同温度下有所改变.最后,通过Weibull分析,研究了拉伸强度在不同条件下的变化规律.
关键词：碳纤维增强复合材料；应变率；温度；应力应变；韧性
中图分类号：TB332 文献标识码：A
文章编号：1674-2974（2016）03-0090-08
纤维增强复合材料（FRP）具有比强度高,可塑性好,比模量高等优点,在众多FRP中,碳纤维增强复合材料（CFRP）以其优良的性能在土木工程中得到广泛的应用[1-2].因为多种原因,应用于结构中的复合材料难免会受到冲击荷载作用,比如爆炸、地震、汽车撞击、强风荷载等等[3],伴随着爆炸和撞击,常常会形成高温环境.此外,由于工程所在环境各不相同,导致复合材料工作的温度范围也较大.因此,研究CFRP在动载和多种温度下的力学性能对于工程应用具有重要意义.
目前,国内外学者对于测试材料动态性能的方法还没有统一的标准.目前试验研究中主要采用以下方法：霍普金森杆（SHPB）、落锤系统和液压伺服高速机[4-5].测试方法的选择取决于测试试件应变率所在的区间.SHPB主要用于测试材料在高应变率下的性能.Amos等[6]研究了CFRP在静载和应变率为400～600 s-1下的力学性能,结果显示随着应变率的增大,材料刚度随之变大,但对强度影响不明显.Naik等[7]测试了CFRP在140～400 s-1应变率范围内的力学性能.落锤系统和液压伺服高速机主要测试材料在1～200 s-1中应变率范围内的力学性能[8-10].Adams等[11]通过冲击方法研究碳纤维和玻璃纤维增强复合材料在静载到25 s-1应变率下的拉伸力学性能.Shokrieh等[12]研究了玻璃纤维增强复合材料在应变率为0.001～100 s-1的力学性能.Zhu等[13]测试了水泥基复合材料在静载和中应变率下的力学性能.AI-Zubaidy等[14]测试了CFRP在静载到应变率为87.4 s-1的力学性能.但是关于CFRP在中应变率下的力学性能研究还相对较少,而且动态测试比较困难,根据学者之前得到的结论,CFRP的强度在动载下有的升高,有的下降[15].因此,有必要进行更多的CFRP在中应变率下的试验,为工程应用提供基础.
纤维增强复合材料在不同温度下的力学性能有所不同,这是因为温度对于环氧树脂胶体和纤维的力学性能有影响,而且胶体和纤维的热膨胀系数不同也会产生温度应力从而影响复合材料的拉伸强度.Im等[16]研究了不同层数的CFRP板材在高低温下的冲击性能.Suvarna等[17]进行了CFRP在30～90 ℃的低速冲击试验和弯曲试验. Hong等[18]测试了CFRP在-75～75 ℃的冲击力学性能.Rio等[15]通过霍普金森杆研究了两种角度（0°,90°）的CFRP在室温和低温下的力学性能,结果表明,低温对轴向强度的影响不显著.但是有关CFRP在高低温下的动态拉伸力学性能的研究却鲜有报道,因此,有必要进行CFRP在高低温下的试验,更全面地分析CFRP的力学性能.
本文研究单向碳纤维增强复合材料在应变率为25～200 s-1和温度为-25～100 ℃的力学性能,通过分析试件强度和韧性的变化研究应变率和温度对其力学性能的影响.同时,试验采用高速相机记录试件破坏过程,研究应变率和温度对试件破坏模式的影响,从而为CFRP的工程应用提供理论基础.
1 试验测试
1.1 试样制备
选用湖南固特邦公司生产的JN-C 改性环氧胶粘剂和单向碳纤维布,每束碳纤维含碳纤维丝12 k,为了保证单向碳纤维布的整体性,纤维束长度方向每隔5 mm有一条横向定位白线.使用真空辅助树脂灌注成型工艺（VARI）制备试件,得到的CFRP中碳纤维体积含量为30.7%.通过的铝模具,可以一次成型50 cm×80 cm×0.55 mm的单层CFRP板材.再根据试样大小进行剪裁.试样要包含尽量多的碳纤维束以反映真实的CFRP力学性能,但考虑试验仪器夹具大小的限制,因此试样尺寸设计宽度为22 mm,约8束碳纤维束,标距长度25 mm,总长105 mm,两端使用相同的环氧树脂粘贴40 cm×22 cm×0.3 mm的铝片,如图1（a）所示.防止试件加持处发生应力集中,造成试件端部破坏.在显微镜下观察试样横截面,如图1（b）所示,由图1（b）可以看出,碳纤维丝都被环氧树脂浸透,没有气泡存在,所以可以更加真实地得到CFRP的力学性能.
1.2 测试方法
试验在美国亚利桑那州立大学的MTS液压伺服高速机上完成,试验装置如图2所示.
仪器最大量程为200 kN,加载速度最高可达14 m/s,通过调节阀门,可以控制加载速度.试验前先调节阀门,测试拉伸速度为预定速度后,再安装试
件,进行试验测试.夹具为不锈钢制成,通过楔形块可以有效夹紧试件,避免试件在测试过程中发生滑移.环境箱采用电阻丝加热和液氮制冷,工作温度为-60～200 ℃,环境箱内置风扇,可使箱内温度均匀变化.本试验选取25,50,100和200 s-1 4种应变率和-25,0,25,50,75和100 ℃ 6种温度进行测试.同时使用Phantom高速相机,采用20 000帧/s的频率记录试件破坏过程.
力学性能论文参考资料：
结论：CFRP在不同应变率和温度下力学性能试验为关于力学性能方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关力学性能指标符号论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
