铺层针刺预制体碳/碳复合材料力学性能研究

发布时间：2024-03-11 03:43

　　预制体结构是影响碳/碳(C/C)复合材料性能的关键因素之一,其成型方法、碳纤维含量及纤维排布方式对力学性能有直接影响。本文采用机械针刺方法成型碳布/网胎铺层预制体,等温化学气相渗透(ICVI)对其致密获得密度为1.65¹.70 g/cm3的C/C复合材料,通过试验与数学模拟相结合的方法研究预制体纤维排布方式和针刺参数对C/C复合材料拉伸、弯曲和层间剪切性能的影响,对比了不同纤维排布方式C/C复合材料的各项性能,构建了C/C复合材料力学性能和针刺参数的响应面模型,优化出C/C复合材料综合性能最佳的碳纤维排布方式和针刺参数;并采用偏光显微镜(PLM)和扫描电镜(SEM)分析C/C复合材料的显微结构与断口形貌。具体研究内容和取得的结果如下:设计了四种具有不同纤维排布方式的预制体铺层结构,采用相同针刺工艺成型预制体和相同致密工艺制备C/C复合材料板形件,研究纤维排布方式对C/C复合材料力学性能的影响规律及其断裂机制。结果表明:材料拉伸强度与承载方向纤维体积含量呈近似线性增加的关系;[0°/90°/-45°/+45°]纤维排布方式C/C复合材料相对于[-45°/+45°]、...

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1C/C复合材料概述
    1.2 预制体研究现状
    1.3 针刺预制体研究现状
        1.3.1 国外针刺预制体的发展与应用
        1.3.2 国内针刺预制体的研究与应用
    1.4 影响C/C复合材料力学性能的工艺因素
        1.4.1 原材料
        1.4.2 针刺工艺
        1.4.3 致密工艺
    1.5 试验设计方法
    1.6 研究背景及意义
    1.7 研究内容
        1.7.1 纤维排布方式对C/C复合材料力学性能的影响
        1.7.2 针刺参数对C/C复合材料力学性能的影响
2 试验设计与分析方法
    2.1 引言
    2.2 针刺术语和定义
    2.3 试验方法
        2.3.1 原材料与预制体
        2.3.2 致密工艺
    2.4 预制体密度与纤维体积含量
        2.4.1 预制体密度
        2.4.2 纤维体积含量
    2.5 力学性能测试
        2.5.1 拉伸性能
        2.5.2 弯曲性能
        2.5.3 层间剪切性能
    2.6 显微结构与断口形貌分析
        2.6.1 显微结构分析
        2.6.2 断口形貌分析
    2.7 响应面构建
        2.7.1 响应面的试验设计与分析
        2.7.2 Design-expert软件
    2.8 本章小结
3 纤维排布方式对C/C复合材料力学性能的影响
    3.1 引言
    3.2 沉积速率与显微结构
    3.3 拉伸性能与断裂机制
        3.3.1 拉伸性能
        3.3.2 断裂机制
    3.4 弯曲性能
    3.5 层间剪切性能与断裂机制
        3.5.1 层间剪切性能
        3.5.2 断裂机制
    3.6 本章小结
4 针刺参数对C/C复合材料力学性能的影响
    4.1 引言
    4.2 响应面设计与分析
        4.2.1 Box-Behnken设计方法简介
        4.2.2 试验设计与数据处理
    4.3 针刺参数对预制体密度的影响分析
        4.3.1 针刺参数对预制体密度的影响
        4.3.2 预制体密度对沉积速率的影响
        4.3.3 预制体密度对微观结构的影响
    4.4 针刺参数与C/C复合材料力学性能响应面分析
        4.4.1 轴向拉伸性能响应面分析
        4.4.2 环向拉伸性能响应面分析
        4.4.3 弯曲性能响应面分析
        4.4.4 层间剪切性能响应面分析
        4.4.5 C/C复合材料综合性能优化
        4.4.6 针刺参数的逆向设计
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果



本文编号：3925773