EMAA含量对平纹编织碳纤维复合材料层间断裂自修复性能的影响研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20220828.006

复合材料科学与工程 ›› 2022, Vol. 0 ›› Issue (8): 44-51.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220828.006

EMAA含量对平纹编织碳纤维复合材料层间断裂自修复性能的影响研究

胡明浩¹, 郭攀登², 铁瑛^1*, 皮晓璠¹, 张臻臻¹

1.郑州大学机械与动力工程学院,郑州450000;
2.中铁十局集团第二工程有限公司,郑州450000

收稿日期:2021-09-24 出版日期:2022-08-28 发布日期:2022-09-27
通讯作者: 铁瑛(1978-),女,博士研究生导师,教授,研究方向为先进机械结构的设计与损伤强度分析,tieying@zzu.edu.cn。
作者简介:胡明浩(1998-),男,硕士研究生,研究方向为机械工程。
基金资助:
国家自科基金民航联合基金(U1833116);水利部堤防与病害防治工程技术研究中心开放课题基金(201607)

Effect of EMAA content on interlaminar fracture self-healing properties of plain woven carbon fiber composites

HU Ming-hao¹, GUO Pan-deng², TIE Ying^1*, PI Xiao-fan¹, ZHANG Zhen-zhen¹

1. School of Mechanical and Power Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450000, China;
2. The Second Engineering Co., Ltd., 10th Bureau Group of China Railway, Zhengzhou 450000, China

Received:2021-09-24 Online:2022-08-28 Published:2022-09-27

摘要/Abstract

摘要： 基于试验和数值方法研究了聚乙烯-甲基丙烯酸(EMAA)的含量对平纹编织碳纤维复合材料层间断裂性能和修复效果的影响。采用三维缝合增韧和分阶段固化工艺制备EMAA自修复单向层合碳纤维复合材料,基于Ⅰ型层间断裂韧性试验,研究了复合材料在加载和修复状态下的裂纹扩展行为和断裂韧性性能。使用非线性弹簧模型进行离散桥联机理的研究,同时,通过双分区黏聚区模型以及修正弹簧参数,实现修复前后数值建模和仿真计算。试验和仿真研究结果表明:所建立的数值模型能够较准确地预测原始和修复后具有三维自修复网络的复合材料的Ⅰ型裂纹扩展阻力曲线和断裂韧性。EMAA的掺入提高了层间裂缝的实际韧性,层间韧性和修复效率都与EMAA的含量呈正相关关系。

关键词: 复合材料, 自修复, EMAA, 层间断裂韧性, 有限元法

Abstract: The effects of poly [ethylene-comethacrylic acid] (EMAA) content on the interlaminar fracture performance and repair effect of plain weave carbon fiber composites were investigated based on experimental and numerical methods. The EMAA self-healing unidirectional laminated carbon fiber composites were prepared using a three-dimensional suture toughening and staged curing process. The crack extension behavior and fracture toughness properties of the composites were investigated under loading and repair conditions based on type I interlaminar fracture toughness tests. The nonlinear spring model was used to study the discrete bridging mechanism. At the same time, numerical modeling and simulation calculation before and after repair were realized by using the double-zoned cohesive zone model and modified spring parameters. The results of the experimental and simulation studies show that the developed numerical models can predict the type I crack extension resistance curves and fracture toughness of the original and repaired composites with 3D self-repair networks more accurately. The incorporation of EMAA improves the actual toughness of interlaminar cracks. The interlayer toughness and repair efficiency are positively correlated with the content of EMAA.

Key words: composite material, self-healing, EMAA, interlaminar fracture toughness, the finite element method

中图分类号:

TB332

胡明浩, 郭攀登, 铁瑛, 皮晓璠, 张臻臻. EMAA含量对平纹编织碳纤维复合材料层间断裂自修复性能的影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(8): 44-51.

HU Ming-hao, GUO Pan-deng, TIE Ying, PI Xiao-fan, ZHANG Zhen-zhen. Effect of EMAA content on interlaminar fracture self-healing properties of plain woven carbon fiber composites[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2022, 0(8): 44-51.

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EMAA含量对平纹编织碳纤维复合材料层间断裂自修复性能的影响研究

Effect of EMAA content on interlaminar fracture self-healing properties of plain woven carbon fiber composites

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