碳纤维复合材料具有比强度高、比刚度大、抗疲劳性好、减震性好等特点，被广泛应用于航空航天飞行器的结构。碳纤维复合材料薄壁圆管也被广泛应用于航空航天器的支撑杆件。对于受压作用下的细长型杆件，其稳定性是结构设计者首要考虑的问题。本文针对细长型碳纤维圆管的屈曲性能进行了试验研究和有限元分析。

　　试样碳纤维圆管采用T300级碳纤维预浸布卷铺制作而成，圆管直径×壁厚（mm×mm）分别为试件一：Φ45×1mm、试件二：Φ30×0.8、试件三：Φ25×0.5，对应铺层形式分别为[0/45/0/-45/0/-45/0/45]、[0/45/0/45]、[0/90/0/90/0],碳纤维圆管通过两端粘接的两个铝合金接头连接在试验机上，试验临界长度为1105mm，每种规格的试件选择5根进行屈曲试验。

　　试验在微控电子万能试验机上进行，加载速度控制在3mm/min内，两端约束条件为铰接，在试验机上安装好试件之后，开始加载，由试验机自动记录试验数据试验，加载至试件屈曲破坏。破坏位置均为杆件中点，为典型的两端铰接的压杆一阶失稳破坏模式。

　　试验结果显示，试件一失稳载荷最小20493N，最大22307N，平均值为21698N；试件二的失稳载荷最小为6078N，最大为8570N，平均值为7312N；试件三失稳载荷最小为1985N，最大为2797N，平均值为2443N。

　　通过有限元分析得知，三种试件的屈曲临界载荷分别为23412N、7526N、2186N，于实际测试值对比误差分为为79%、2.9%、-10.5%。随着管径和壁厚的减小，有限元计算值相比于试验值逐渐偏小。究其原因，可能是有限元分析中没有考虑连接碳纤维圆管与试验机的铝合金接头造成的。通过简单估算，发现对于中Φ30×0.8这种圆管，其两端接头的等效弯曲刚度与圆管的弯曲刚度大致相当，而Φ45×1两端接头的等效弯曲刚度小于圆管的弯曲刚度，Φ25×0.5两端接头的等效弯曲刚度要大于圆管自身的弯曲刚度，可能由此导致了上述中的误差规律。

　　阅读延伸：《T300碳纤维方管的力学性能分析》