工作時(shí)間：
聯(lián)系人：張經(jīng)理
聯(lián)系電話(huà)：18118113133
發(fā)布日期：2019/11/30 11:04:03 訪問(wèn)次數(shù)：1277
碳纖維(CF)增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)具有輕質(zhì)高強(qiáng)等特性[1–2]，已逐步應(yīng)用于航空、汽車(chē)和軌道交通等行業(yè)，且由覆蓋件逐漸應(yīng)用于主承力構(gòu)件中[3]。然而，CFRP結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)脆性破壞，主要表現(xiàn)為纖維斷裂、分層和脫粘等現(xiàn)象[4–5]。在高速公路及橋梁防護(hù)欄等安全防護(hù)設(shè)施中，汽車(chē)與防護(hù)欄的碰撞實(shí)際是汽車(chē)與護(hù)欄上金屬管的徑向碰撞[6–7]，然而傳統(tǒng)金屬已不能滿(mǎn)足如今高速碰撞的吸能性要求，而輕質(zhì)高強(qiáng)的CFRP因其脆性破壞也不能進(jìn)行直接替代，因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)金屬與CFRP的混合形式來(lái)提高結(jié)構(gòu)的徑向壓縮性能[8–10]。
目前，很多學(xué)者對(duì)復(fù)合材料與金屬及其它材料的混合形式展開(kāi)了研究，其主要是通過(guò)兩種材料混合使得復(fù)合材料以一種穩(wěn)定、可控的方式產(chǎn)生變形，從而提升結(jié)構(gòu)的能量吸收能力[11]。Yan Libo等[12]研究了聚氨酯泡沫填充亞麻織物復(fù)合材料圓管的徑向壓潰性能，結(jié)果表明，與相同尺寸的亞麻織物圓管和聚氨酯泡沫圓管相比，聚氨酯泡沫填充亞麻織物復(fù)合材料圓管的徑向壓縮性能有所提高；而蔡學(xué)瑜等[13]研究了鋁蜂窩填充CFRP圓管的徑向壓縮性能，同樣發(fā)現(xiàn)，與CFRP圓管和鋁蜂窩圓管相比，鋁蜂窩填充CFRP圓管的總吸能和比吸能均有提高，并且破壞模式也較為穩(wěn)定；陳光偉等[14]研究了內(nèi)襯聚偏氟乙烯熱塑層的纖維纏繞復(fù)合材料管的徑向壓縮性能，結(jié)果表明，纖維纏繞角度、層厚度及碳／
玻纖維混雜比均是影響其徑向壓縮性能的重要因素；Song Hongwei等[15]、H. C. Kim等[11]分別對(duì)CFRP纏繞鋁管(Al-CFRP)混合圓管和方管進(jìn)行了軸向壓縮的實(shí)驗(yàn)，研究表明，復(fù)合材料厚度以及鋪層方式等對(duì)軸向壓縮性能都有較大影響。作為防護(hù)以及管道使用時(shí)需考慮徑向壓縮下管件的吸能與承載能力，在這方面對(duì)于Al-CFRP混合圓管的研究較少。上海工程技術(shù)大學(xué)等采用實(shí)驗(yàn)和仿真相結(jié)合的方法，通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)徑向壓縮實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)純Al管、純CFRP管以及Al-CFRP復(fù)合管破壞模式進(jìn)行了研究，并進(jìn)一步結(jié)合仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別研究了Al-CFRP復(fù)合管內(nèi)襯Al管和外層CFRP管的失效機(jī)理。
Al管：AA6063T6，東莞市廣美鋁業(yè)有限公司；
CF：T700–12K，日本東麗株式會(huì)社；
環(huán)氧樹(shù)脂(EP)：BAC172，浙江百合航太復(fù)合材料有限公司。
通過(guò)濕法纏繞工藝，將預(yù)浸過(guò)EP樹(shù)脂的CF絲束纏繞在芯模上，然后將纏繞好的CFRP管脫模并用真空袋密封好，最后放置于烘箱中固化成型，制得CFRP管。
Al-CFRP復(fù)合管由純Al管外層纏繞CFRP組成，純Al管的外徑與純CFRP管的內(nèi)徑相同，其中純Al管內(nèi)徑為35.5?mm，壁厚為1.5?mm，樣件長(zhǎng)度為60?mm，而純CFRP管內(nèi)徑為38.5?mm，鋪層數(shù)為6層，根據(jù)現(xiàn)有纏繞機(jī)特點(diǎn)，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的CF纏繞角度為[45°／–45°／90°]2，純Al管、純CFRP管和Al-CFRP復(fù)合管的結(jié)構(gòu)如圖1所示，純Al管和純CFRP管的性能參數(shù)列于表1，詳細(xì)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)列于表2。
在進(jìn)行Al-CFRP復(fù)合管樣件制作時(shí)，為增加Al管外表面的粗糙度，提高Al管外表面與CFRP層的界面粘接強(qiáng)度，在進(jìn)行復(fù)合管纏繞之前，首先需要使用砂紙將Al管的外表面進(jìn)行打磨拋光處理；然后將打磨后的Al管浸泡在丙酮中進(jìn)行清洗，去除表面雜物。通過(guò)濕法纏繞工藝將CFRP絲束纏繞在清洗后的Al管上，其中0°為沿管的軸向方向。最后將纏繞好的復(fù)合管用真空袋密封好放置于烘箱中固化成型。以預(yù)浸料中過(guò)量的樹(shù)脂作為膠粘劑，實(shí)現(xiàn)CFRP和Al管之間的粘結(jié)，制得復(fù)合管。
采用實(shí)驗(yàn)和仿真相結(jié)合的方法，分別對(duì)純Al管、純CFRP管以及Al-CFRP復(fù)合管進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)徑向壓縮實(shí)驗(yàn)，研究了其在徑向壓縮作用下的破壞模式和性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Al-CFRP復(fù)合管承載具有穩(wěn)定的破壞模式且明顯改善了純Al管和純CFRP管的徑向壓縮性能，相比純CFRP管，其峰值載荷、總吸能和比吸能分別提高了77.4%，223.5%以及39.6%。進(jìn)一步通過(guò)仿真分析并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分別研究了Al-CFRP復(fù)合管的內(nèi)襯Al管和外層CFRP管在徑向壓縮過(guò)程中的應(yīng)力、應(yīng)變變化，更好地解釋了Al-CFRP復(fù)合管在徑向壓縮時(shí)的破壞機(jī)理，發(fā)現(xiàn)由于Al管和CFRP管的相互抑制作用，使得Al管并未發(fā)生側(cè)壁斷裂且改善了CFRP管的纖維斷裂和分層現(xiàn)象，整個(gè)徑向壓縮過(guò)程更為穩(wěn)定。因此，Al-CFRP復(fù)合管可以有效地提高傳統(tǒng)金屬和復(fù)合材料管的徑向壓縮穩(wěn)定性和吸能性并實(shí)現(xiàn)了輕量化。
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
