固化工艺规范对复合材料固化残余应力影响的实验探究.pdfVIP

52 固4k~-z-艺规范对复合材料固化残余应力影响的实验研究 2010年 3月 固化工艺规范对复合材料 固化残余应力影响的实验研究 岳广全，张博明，戴福洪，杜善义 (哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所 ，哈尔滨 150080) 摘要i单束纤维拉伸法是以简单的单柬纤维聚合物基复合材料结构为研究对象，研究固化工艺过程 中树脂体积变化与纤 维上残余应力之间的关系。同时固化过程中树脂体积是随工艺温度变化而产生变化的，经理论分析及计算得到 了固4E-r艺温 度历程对纤维上 固化残余应力的影响规律 。 关键词：复合材料；固化工艺温度；单柬纤维拉伸法；残余应力 中图分类号：TB332；0348 文献标识码：A 文章编号：1003—0999(2010)02—0052—05 1 引 言 展水平也不一样 ，仅仅 了解局部某一点的应力变化 复合材料固化工艺的主要工艺参数包括时间、 不足以认识残余应力的发展过程。 温度、升降温速率和压力。其中，聚合物基复合材料 纤维拉伸法 ’。不同于以往的固化监测方法， 的标准固化周期包括若干个升温段、若干个恒温阶 它脱离实际复合材料构件，以简单的单根纤维复合 段和一个降温阶段 ¨，2J。恒温温度、保持恒温的时 材料结构为研究对象，能够监测整根纤维上沿着纤 间及降温速率对固化残余应力的形成都将产生重要 维方向的平均残余应力的发展历程。所谓单根复合 的影响 一；同时，升温段与恒温段的数量、位置及 材料结构是一根纤维包埋在树脂腔内所组成的简单 升温速率也将对残余应力的形成产生影响，并且这 的复合材料结构，这根纤维即是组分材料又作为传 部分影响是不容忽视的 j。要想了解 固化温度历 感元件，该结构可以模拟复合材料在固化过程中纤 程如何影响固化残余应力的形成，就必须完整地考 维与树脂之间的相互作用 。纤维拉伸法是不受构件 虑整个固化过程包括固化阶段和固化完成后的降温 几何形状限制的独立的测试方法，对与该结构具有 阶段。目前国内外研究复合材料固化残余应力的实 相 同材料体系的复合材料具有一定的普遍适用性3 验方法有很多种，包括云纹干涉法 、盲孔法_8J、应 纤维拉伸法的原理如图1所示。由于树脂与纤 变片包埋法 和光纤布拉格光栅法 等，并且后 维的热膨胀系数存在着很大的差异，在 固化过程 中 两种方法可以实现应力的实时监测。而本文介绍了 随固化进程的推进 ，纤维与树脂之间存在着相互作 一 种新型的固化残余应力监测方法一单束纤维拉伸 用，树脂基体出现收缩或膨胀，树脂膨胀纤维上沿纤 法，研究固化工艺规范对固化残余应力发展的影响。 维方向产生拉应力，见图1(a)。树脂收缩纤维上沿 2 实验监测方法 纤维方 向产生压应力，见图1(b)。而这种相互关系 研究固化工艺温度历程对残余应力发展的影响 不随复合材料的宏观性能 (如几何尺寸、纤维含量 就是要知道在给定的固化温度历程下固化残余应力 等)的改变而变化，因此可以用一个简单的复合材 的发展历程及它们之间的对应关系。选择的实验方 料结构的固化来模拟实际复合材料构件在固化过程 案要能够监测整个固化过程 中残余应力的发展历 中纤维与树脂之间的这种关系，如图1(e)所示。依 程。因此复合材料构件已固化完全再进行测量的方 据树脂与纤维之间的这种相互关系开发了纤维拉伸 法如云纹干涉法 、盲孔法 等就不能满足要求。 法，此法示意图如图2所示，首先建立一个与所研究 而 目前能够实现固化工艺在线监测的应变片包埋 的复合材