碳纤维增强复合材料层压板的热膨胀系数测量及理论计算方法

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20210728.005

复合材料科学与工程 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (7): 28-32.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210728.005

碳纤维增强复合材料层压板的热膨胀系数测量及理论计算方法

邱雪琼^1,2*, 陈琳^1,2

1.中国商飞上海飞机制造有限公司复合材料中心,上海200123;
2.中国商飞北京民用飞机技术研究中心民用飞机结构与复合材料北京市重点实验室,北京102211

收稿日期:2020-11-16 出版日期:2021-07-28 发布日期:2021-08-04
作者简介:邱雪琼(1982-),女,博士研究生,高级工程师,研究方向为结构强度分析,qiuxueqiong@comac.cc。

Test and theoretical method for coefficients of thermal expansion of carbon fiber reinforced composite laminate

QIU Xue-qiong^1,2*, CHEN Lin^1,2

1. Composites Center, COMAC Shanghai Aircraft Manufacturing Co., Ltd., Shanghai 200123, China;
2. Beijing Key Laboratory of Civil Aircraft Structures and Composite Material, COMAC Beijing Aircraft Technology Research Institute, Beijing 102211, China

Received:2020-11-16 Online:2021-07-28 Published:2021-08-04

摘要/Abstract

摘要： 随着复合材料在飞机结构中的应用增加,复合材料与金属混杂结构中复合材料与金属材料的热膨胀系数不匹配带来的热应力问题越来越不容忽视。为了分析结构中的热应力,材料的热膨胀系数必不可少,而复合材料热膨胀系数的各向异性、铺层依赖性以及纤维方向的低热膨胀率给其热膨胀系数的测量及层压板的热膨胀系数计算带来不便。依据ASTM E831标准和ASTM E289标准,分别采用热机械分析和剪切散斑干涉两种方法,测量了不同铺层T800级碳纤维增强复合材料层压板的热膨胀系数。研究了各种铺层层压板的热膨胀系数规律,给出了复合材料层压板面内热膨胀系数的理论计算公式。此研究结果有利于飞机结构设计阶段有限元分析中复合材料层压板热膨胀系数的快速计算。

关键词: 碳纤维增强复合材料, 层压板, 热膨胀系数, 剪切散斑干涉, 热机械分析法

Abstract: With the increase of applications of composites in airplane structures, the thermally-induced stresses become unneglected issues in composite-metal hybrid structures due to the coefficients of thermal expansion (CTE) differences of metal and composites. In order to analyze thermally-induced structural stresses, the CTEs of materials is necessary. Due to the anisotropy of CTEs of composites, which is dependent on the layer and structure of laminates, and the low CTEs along fiber direction, it results in difficulties in evaluation of CTEs for composites. Based on the ASTM E831 and ASTM E289, the CTEs of the T800 carbon fiber reinforced composites with different stack styles were tested through thermomechanical analysis (TMA) and speckle interferometry method, respectively. The CTEs for laminates in different stack sequences were studied, and the theory of in-plane CTEs for composite laminates was proposed. This work provided a fast approach for evaluation of CTEs for carbon fiber reinforced laminated composites for aircraft.

Key words: carbon fiber reinforced composite, laminate, coefficients of thermal expansion, speckle interferometry, thermomechanical analysis

中图分类号:

TB332

邱雪琼, 陈琳. 碳纤维增强复合材料层压板的热膨胀系数测量及理论计算方法[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(7): 28-32.

QIU Xue-qiong, CHEN Lin. Test and theoretical method for coefficients of thermal expansion of carbon fiber reinforced composite laminate[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2021, 0(7): 28-32.

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Test and theoretical method for coefficients of thermal expansion of carbon fiber reinforced composite laminate

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