b环氧树脂复合材料疲劳裂纹扩展的研究.pdfVIP

工程塑料应用 2002矸，第30卷，第11期 单向碳纤维／环氧树脂复合材料疲劳裂纹扩展的研究 朱波蔡殉 刘建军蔡华蛙 ‘山东大学材料科学与E程学院·济南250061’可岛弓尸l 摘要为了模拟单向碳纤维／环氧树脂复合材料在拉一拉疲劳实际工作条件下疲劳裂纹扩展的情况．利用单向 碳纤维增强环氧树脂复合材料制成的紧凑扛伸试样(cTs)，在应力强度因子比月为O5的条件下，就加载频率、应力 强度因子幅△^对I型裂纹的扩展速度度裂纹扩展机理的彰响作了较系统的研究，为材料的安全可靠使用务件厦作 用周期提供参考依据。 关键词碳纤维应力强度因子疲劳裂纹 由于碳纤维增强树脂基复合材料具有高比强 度、比模量、耐腐蚀等优异特性，目前已作为深井油 田的抽油杆取代传统的钢杆”’2]。这种单向碳纤维 复合材料形状扁平，连续长度可任意长，便于卷绕， 釜 操作方便。在抽油过程中要长期承受拉一拉疲劳载 荷，为_r确保其连续安全使用寿命，笔者对影响该种 材料的I型裂纹(最危险的裂纹类型)的扩展速度、 扩展机理的一些因素作了较系统的研究，这对实际 矿=100num旷50ⅡmLC=50删．“厚度户5mm(图中未标出) 应用具有指导意义。 图l 紧凑拉伸试样(c眄) 1实验部分 加循环载荷的大小与频率，其动态载荷精度不低于 l 1原材料 满量程的O．005％。加载频率在70Hz以上时，试验 碳纤维：sTl2K型，山东天泰新材料股份有限公在高频疲劳试验机上进行。试样沿Ⅳ边夹于试验 司： 机夹头上，以确保载荷方向垂直于裂纹方向。 环氧树脂：E一51，上海树脂厂； 试样温度的变化采用辐照温度测定仪实时测量 固化剂：甲基四氢苯酐，上海树脂厂； 并记录。裂纹扩展长度用照相法实时拍摄并测量。 促进剂：2，4，6-三(二甲氨基甲基)酚，上海树脂 用边界元法计算I型应力强度因子，其结果如 厂。 (I)式㈦： 1．2设备与仪器 电液伺服疲劳试验机：InstIDn8502型，英国In— 耻缶q毒]× slmn公司； 高频疲劳试验机：PLG一300型，天津试验机厂； 辐照温度测定仪：NovaseIls2050／2G，德国Al- m“公司； 数字摄像机：Jvc一200，日本Victory公司。 式中：F——拉伸载荷； 1．3试样制备及试验方法 甲+t，口分别与图1试样中尺寸相对应。 试样由单向碳纤维与树脂热压固化而成，碳纤 在试验过程中，通过计算机根据裂纹的扩展来 维在试样中的质量分数为60％。 控制载荷及应力强度因子幅值。 试样尺寸如图1所示，其中纤维方向与裂纹。 2结果与讨论 相垂直。 2．1 应力强度因子幅对裂纹扩展的影响 试样制成后，沿中心用薄锯片(1mm)切人48