论文部分内容阅读
纤维金属层板(FMLs)是一种由金属薄板与预浸料交替铺层热压固化而成的一种层间混杂复合材料,因其高比强度与比刚度、优良的抗冲击性能、高损伤容限以及优异的抗疲劳性能,已广泛应用于航空航天领域。随着超音速飞机及空天飞行器的进一步发展,航空航天领域对复合材料的耐高温性能提出更高的要求。传统以环氧树脂为基体的FMLs无法满足其高温服役的需求,耐热性更好的新型FMLs亟待研究。本文以Ti/Cf/PMR层板为研究对象,首先对Cf/PMR预浸料和Ti/Cf/PMR层板的制备工艺进行了研究;随后探究了三种铺层层板的拉伸、弯曲和层间剪切性能随温度的变化规律;探讨了过载对单向0°铺层层板疲劳裂纹扩展速率的作用;分析了温度对单向0°铺层与±45°铺层层板疲劳裂纹扩展速率的影响。首先,在滚筒排布机上制备了Cf/PMR预浸料,优化得到最佳制备工艺参数:纱宽为3.7mm、排布张力为4-7N、排布速度18m/min。随后,用喷砂法对钛板表面进行处理,并在喷砂钛板表面涂覆PMR型聚酰亚胺树脂,然后与Cf/PMR预浸料按铺层顺序交替堆叠,在平板硫化机上热压固化成型。最终制得界面结合良好、性能稳定的Ti/Cf/PMR层板。其次,研究了温度对不同铺层Ti/Cf/PMR层板基本力学性能的影响规律,结果表明:随着温度的升高,树脂基体承载能力降低,其抗拉强度、弯曲强度与层间剪切强度都呈下降趋势。对比不同铺层层板可以发现:拉伸强度和弯曲强度,单向0°层板最高,正交次之,±45°最低;层间剪切强度,三种铺层相差不大,但单向0°铺层相对最高。然后,研究了过载对单向0°层板疲劳裂纹扩展速率的影响。其中,单峰过载施加后,该层板的疲劳裂纹扩展速率有明显的下降,主要是与金属层中裂纹扩展迟滞有关。过载比越高,其疲劳裂纹扩展速率降低越明显,随后疲劳裂纹扩展速率会慢慢升高,直至恢复到施加过载之前应力水平下。单峰过载、多峰过载、高低块载之后,经化学刻蚀外层金属层获得了最终分层形貌图,可见分层形状为半椭圆状,且在过载施加区域出现明显弯折现象。最后,探究了温度对单向0°与±45°两种铺层层板疲劳裂纹扩展速率影响。研究表明,两种铺层层板的疲劳裂纹扩展速率都随着温度升高而增加。且单向0°层板疲劳裂纹扩展速率明显好于±45°层板。同样通过超声C扫和化学刻蚀去层观察分层形貌,可见疲劳载荷作用下金属层与预浸料层之间的半椭圆分层形状随着温度升高变得越来越大。