碳纤维复合材料金属接头力学性能测试

  一般来说金属LCFRP的接头所处的工作条件都较为恶劣,人们出于安全性、可常性考虑,会在应用前,对接头做必要的力学性能测试。

  1.冲击热应力

  在工作环境中,金属与CFRP的连接结构可能发生急剧冷却或加热,此时结构内部的温差较大,卢生极强的神击热应力。通过衡量接头的热冲击断裂强度(V)和抗热冲击性(O),可模型化加热区域。断裂强度及抗热冲击性计算遵循热传导公式:

  上式中,Kic:断裂韧性值: a:热膨胀系数:E:杨氏模最;k:热导率,σε抗拉强度;S*:无量纲热应力:β:电弧放电热有效应因子:Fc:试样顶部裂缝释放应力的影响因子(无量纲数);C:试样边缘裂缝长度:a:试样加热区域半径;h:试样厚度: R:试样半径。电弧放电时间设定为0.7 s.

  2.抗拉强度

  结构力学性能的一个重要参数就是抗拉强度,其是指拉断材料前的最大应力值。若母片都为薄片,可将CFRP两面与金属基板搭接,载荷与接头截面相垂直。复合材料基本与金属管连接时,将1根钢板贯穿金属管,钢棒与金属管紧密抵触,与荷载传感器相连接,施加荷载的十字滑块速度为1 mm/min。

  3热循环

  对接头进行热循环试验的日的。是为了评价其抗热疲劳性能。比如对2021-T3铝合金与CFRP胶结接头进行热循环试验后,结果显示温度范围在50-250℃, 热循环共包括以下几个阶段:50℃维持30s,在120s后升温至250℃,250℃维持60S,在120s后降温至50℃,50℃维持30S。

  试验标准中对试样尺小形状的规定,知识针对某类试验的要求。关于接头的力学性能测试方法,应根据材料使用要求來选择。比如套管对接结构中,为使接头满足工程需要,还应对其做液压强度、气密强度等性能测试。