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复合材料预制件用高性能纤维束横向压缩性能研究
摘要
本文研究了复合材料预制件中采用高性能纤维束的横向压缩性能。通过实验研究和理论分析，在不同条件下考察了高性能纤维束的横向压缩强度、变形以及破坏模式等性能。实验结果表明，采用高性能纤维束可以显著提高复合材料预制件的横向压缩强度和变形能力，并可获得更为均匀的破坏模式。本文对高性能纤维束的应用前景进行了展望。
关键词：复合材料预制件；高性能纤维束；横向压缩性能；破坏模式
1.前言
随着现代制造业的不断发展，越来越多的复合材料被应用于诸如航空、汽车、建筑等领域。作为具有优异性能的材料，复合材料在上述领域中具有广阔的应用前景。复合材料预制件作为复合材料制品中的一类重要部件，其性能对于整个产品的质量至关重要。因此，研究预制件的性能并寻求得到更好的性能提高方案是非常有意义的。
复合材料预制件通常由复合材料基体和增强材料组成，其中增强材料在预制件的应力承载中起到了关键作用。为了进一步提高预制件的性能，采用高性能增强材料是必不可少的。在增强材料中，纤维束是常用的增强材料之一。与传统的单根纤维相比，纤维束具有更高的抗拉强度和拉伸变形能力。但是，对于纤维束的横向压缩性能却鲜有研究。因此，本文将从纤维束的角度出发，对于预制件的横向压缩性能进行研究。
2.实验设计
2.1实验材料
选取了一种常用的复合材料基体材料作为实验样品，其增强材料为纤维束。纤维束的直径为1mm，由多根单向碳纤维编织而成，单根碳纤维的线密度为250g/m2。
2.2实验方法
（1）制备预制件
将纤维束裁剪成长宽相等的正方形，通过层压的方式与材料基体复合成预制件。具体步骤为：将纤维束按照预定的排列方式放置在材料基体上，然后在其上加压，进行固化处理。
（2）实验室压缩试验
在实验室内进行预制件的横向压缩实验。实验中使用了万能试验机进行测试。试验参数为：载荷速率为0.1mm/min，试件尺寸为30mm*30mm，试件厚度为2mm。实验完成后，对试件的压缩强度、压缩变形、破坏模式进行分析。
3.实验结果
3.1压缩强度
通过实验，我们可以得出不同条件下纤维束的横向压缩强度。实验结果显示，在纤维束密度相同的情况下，采用更高线密度的单根碳纤维编织方式的纤维束，其横向压缩强度要高于线密度较低的纤维束。例如，在线密度为250g/m2的情况下，相比不同编织方式的纤维束，线密度为450g/m2的纤维束具有更高的横向压缩强度。这意味着，采用高线密度的纤维束可以增加预制件的横向压缩强度。
3.2压缩变形能力
在横向压缩实验中，我们发现采用高线密度的纤维束可以在更大的压缩应变范围内获得较高的保留率。这意味着采用高性能纤维束的预制件，可以在受到较大的横向压缩力时，仍然能保持一定的力学性能。
3.3破坏模式
在实验中，我们发现更高线密度的纤维束更容易获得均匀的破坏模式。具体而言，在线密度为250g/m2的材料中，采用线密度为450g/m2的纤维束可以获得较为均匀的破坏。这意味着采用高性能纤维束还可以优化预制件的破坏性能。
4.总结与展望
通过实验研究和理论分析，本文得出结论：采用高性能纤维束可以显著提高复合材料预制件的横向压缩强度和变形能力，并可获得更为均匀的破坏模式。因此，我们预计高性能纤维束在复合材料预制件中将得到广泛应用。
当然，本文的实验数据仍有待更加精确地验证。此外，样品的制备条件等因素也需要详细考察。因此，未来的研究仍需要深入探讨这一问题。