不同工艺铺层的玻璃纤维增强塑料的弯曲蠕变模型开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1. 目的及意义

玻璃纤维增强塑料(GFRP),也称玻璃钢,作为复合材料的一种,玻璃钢材料具有重量轻,比强度高,比模量大,耐腐蚀性能好,介电性能好,热膨胀系数小,可设计性强,整体成型好,工艺性能优良等一系列优点,玻璃钢因其独特的性能优势,在航空航天、铁道铁路、通讯、装饰建筑、家居家具、建材卫浴和环卫工程等相关行业中得到了广泛的应用。但玻璃钢材料也存在弹性模量小,长期耐温性差,层间剪切强度低等缺点。聚合物基体具有较大的粘弹性,由于聚合物基体在树脂基复合材料中起着粘结纤维和传递应力的作用,因而基体的粘弹性必将使树脂基复合材料也具有粘弹性,长期在外力作用下会发生蠕变现象,导致复合材料的刚度和强度都发生衰退,致使复合材料结构失去继续承载能力。工程结构需要具有一定的使用寿命,即需要具备服役条件下的长期可靠性。为了确保工程结构的安全可靠性,须对聚合物基复合材料的这种粘弹性特征进行深入研究。由于复合材料蠕变研究多集中在拉伸状况下,缺少足够的弯曲蠕变数据,难以进行复合材料结构的可靠性设计。本文通过开展不同工艺铺层的玻璃纤维增强塑料的三点弯曲试验,建立H-K-K蠕变模型,用Matlab软件,运用最小二乘法原理拟合实验数据,对聚合物基复合材料的蠕变性能进行研究。

2. 国内外研究现状分析

国内外许多学者对复合材料的粘弹性和长期性能做过相关研究。美国国标制定了相关的标准,但其中不足之处是实验方法与过程复杂,实验时间太长,实验费用较高等,以致相关实验难以按照规范实施。关于对玻璃纤维增强塑料蠕变性能的研究,刘鹏飞、赵启林、王景全从温度、应力等级、材料性质、纤维含量、纤维走向和荷载类型等方面进行了实验研究,实验研究表明温度、应力等级、材料性质、纤维含量、纤维走向和荷载类型对玻璃纤维增强塑料蠕变性能有影响。由于温度与应力等级对玻璃纤维增强塑料的蠕变性能影响效果相似,为节约实验时间成本,张泽斌、阚前华、董诗玉等人基于粘弹性高分子理论和时温等效原理,开展了实验研究,李晨、胡小娟、刘相等人也基于时温等效原理对复合材料的蠕变性能进行了实验研究。对于树脂基复合材料的蠕变性能的研究,目前国内外研究者提出的理论模型有:Maxwell模型、Kelvin模型、Burgers模型、多原件模型、H-K模型、H-K-K模型等。韩霞、王继辉、倪爱清等人从应力水平以及纤维角度方面研究了对玻璃纤维增强塑料的蠕变行为的影响,刘清、朱四荣、梁娜做了不同铺层角度玻璃钢长期蠕变性能的研究。目前而言,国内外学者对复合材料的蠕变性能研究,多集中在拉伸、剪切方面,对于弯曲试验做得较少,然而玻璃钢在管道方面的应用较为普遍,管道在静水压力作用下处于受弯状态,因而弯曲试验是必要的,当前,对复合材料的弯曲蠕变性能的研究也是需要国内外学者共同努力研究的。


2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容:

(1)开展不同铺层工艺的玻璃纤维增强塑料的弯曲蠕变试验;

(2)利用基本元件模型通过串并联组合,建立h-k-k弯曲蠕变模型;运用最小二乘原理,建立了模型参数的确定方法。并与标准预测方法进行比较;

(3)从理论上比较不同铺层的玻璃纤维增强塑料的弯曲蠕变性能。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关书籍,了解设计所需要的相关知识,并且完成开题报告和外文翻译;

第4-10周: 开展复合材料的蠕变实验;

第11-12周:数据结果整理,并建立蠕变模型;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 薛芳. 纤维增强树脂复合材料的蠕变性能[j]. 航天返回与遥感, 2009(1): 65-70.

[2] 刘鹏飞, 赵启林, 王景全. 树脂基复合材料蠕变性能研究进展[j]. 玻璃钢(复合材料), 2013(3): 109-117.

[3] 张兴刚, 张用兵. 玻纤增强乙烯基树脂复合材料弯曲蠕变行为研究[j]. 2013(c2): 71-72, 79.

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