玻璃纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的機械連接性能研究.pdf

1、玻璃纖維增強熱塑性樹脂基復合材料具有良好的機械性能，并且材料易加工，成型周期短，從而具有非常高的生產(chǎn)效率，使其應用領域逐漸拓寬，在汽車行業(yè)、航空航天領域、建筑、生活休閑用品上均有非常大的應用。隨著玻纖增強熱塑性材料的廣泛應用，復合材料部件與其他部件機械連接的使用變得越來越多，機械連接件所起的作用更是復雜多樣。但有關(guān)熱塑性樹脂基復合材料機械連接性能的研究很少，所以進行有關(guān)此類的研究非常重要。本課題是針對注射成型的短玻璃纖維增強熱塑性樹脂基

2、復合材料的研究，為了研究復合材料在機械連接時的拉伸性能，對其進行開孔拉伸試驗、機械連接拉伸試驗以及機械連接拉伸疲勞試驗，并采用有限元模擬的方法對其進行應力分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對GF/POM（玻璃纖維/聚甲醛）、GF/PP（玻璃纖維/聚丙烯）、GF/PA（玻璃纖維/聚酰胺）三種玻璃纖維增強熱塑性樹脂基復合材料進行無孔與不同寬徑比（試樣寬度/開孔直徑：w/d）開孔試樣的拉伸試驗，并采用有限元分析的方法模擬得出試樣的孔邊應

3、力分布。實驗結(jié)果表明：開孔會對玻璃纖維/熱塑性復合材料的拉伸強度有影響，開孔后試樣拉伸強度降低10%-20%，其中，GF/POM和GF/PP的強度變化比例相近，GF/PA的降低程度最小。隨著試樣寬徑比 w/d的增加，玻璃纖維/熱塑性復合材料缺口拉伸強度逐漸降低。對同一種材料，開孔試樣寬徑比w/d增加，特征長度增加，試樣對孔的敏感性逐漸下降。在相同寬徑比時，GF/POM對孔的敏感性最大，GF/PP次之，GF/PA的孔敏感性最小。⑵對復合材

4、料進行機械連接拉伸試驗，當分別進行銷釘連接和螺栓連接時，研究了試樣尺寸（寬徑比 w/d、端徑比：試樣端距/開孔直徑 e/d）對機械連接件破壞載荷的影響，并將機械連接時試樣的承載能力與開孔拉伸試樣的承載能力進行對比。實驗結(jié)果表明：當試樣w/d一定時，e/d≥2時，材料的承載能力趨于穩(wěn)定；當e/d一定時，隨著w/d由1.5增加至3，試樣的承載能力逐漸增大，在實際應用中，可根據(jù)實際承載能力的需要選擇相應的w/d。復合材料螺栓連接試樣的承載能力

5、相比銷釘連接較高。與開孔拉伸試驗得到的拉伸強度相比，將試樣進行銷釘連接時，GF/POM材料的拉伸強度降低16.9%-22.6%，GF/PP和GF/PA分別降低16.2%-20.8%、2.8%-7.9%。⑶進行GF/POM、GF/PP和GF/PA三種復合材料銷釘連接時的低周拉伸疲勞試驗，選取機械連接時斷裂載荷的55%、70%、85%作為低周疲勞試驗的三個預加載荷水平。并對疲勞前后的試樣斷裂面進行 SEM觀察。實驗結(jié)果表明：隨著疲勞水平由5

6、5%增加至85%，低周拉伸疲勞會使GF/POM材料和GF/PA材料機械連接試樣的拉伸強度分別降低4.7%-12.7%、8.6%-18.7%，而對GF/PP材料的拉伸強度無明顯影響。另一方面，低周拉伸疲勞對玻璃纖維增強熱塑性材料機械連接試樣的破壞模式?jīng)]有影響。隨著疲勞載荷水平由55%增加至85%，GF/POM材料和GF/PA材料的斷裂面上被抽拔纖維數(shù)量增加，纖維與樹脂間的界面粘結(jié)性能有所劣化；GF/PA材料85%疲勞水平下基體有裂紋出現(xiàn)。