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T800碳纤维增强树脂基单向复合材料动态力学性能测试研究
摘要
本篇论文主要研究了T800碳纤维增强树脂基单向复合材料的动态力学性能测试方法及其结果分析。通过对其动态弹性模量、阻尼比和吸收能力等指标的测试，得出了复合材料在动态环境下的基本力学特性，为材料在实际工程应用中的选择与设计提供了参考依据。
关键词：碳纤维复合材料；动态力学性能；弹性模量；阻尼比；吸收能力
Abstract
ThispapermainlystudiesthedynamicmechanicalpropertiestestingmethodandresultanalysisofT800carbonfiberreinforcedresinmatrixunidirectionalcompositematerials.Bytestingitsdynamicelasticmodulus,dampingratio,andenergyabsorptioncapacity,thebasicmechanicalpropertiesofthecompositematerialsindynamicenvironmentwereobtained,whichprovidedareferencebasisfortheselectionanddesignofthematerialinpracticalengineeringapplications.
Keywords:carbonfibercompositematerials;dynamicmechanicalproperties;elasticmodulus;dampingratio;energyabsorptioncapacity
一、引言
碳纤维复合材料具有良好的轻质化和高强度特性，在航空、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。随着应用需求的不断提高，材料的动态力学性能也成为了需要关注的热点问题。动态力学性能是指材料在动态荷载下的响应特性，包括弹性模量、阻尼比、吸收能力等指标。这些指标不仅可以反映材料的本质特性，而且对于材料的使用寿命、安全性等有着重要的影响。因此，本研究对T800碳纤维增强树脂基单向复合材料的动态力学性能进行了测试及结果分析。
二、试验方法
1.样品制备
本次试验采用的样品为T800碳纤维增强树脂基单向复合材料，样品尺寸为70mm×10mm×5mm。样品的制备采用了真空吸气工艺，确保样品制备质量。
2.试验设备及参数
试验采用了3M型万能材料试验机，试验过程中采用了冲击跨度为20mm、试验速度为66mm/min的条件。采用动态力学性能测试系统，测试频率为50Hz。
3.试验流程
在试验前，首先将样品放于试验室内平稳放置24h，以达到试验条件下的相对平衡状态。之后，采用3点支撑法，将样品放于万能材料试验机的支撑架上，并加装冲击头。开始试验后，机器以一定速率向样品加力，记录下样品在不同荷载作用下的振动变化，并通过仪器记录下数据。
三、结果分析
1.弹性模量
在试验中，通过计算样品在不同荷载下的位移与应力的比例，计算出样品的弹性模量，具体结果如下表所示。
|荷载大小(N)|位移变化(mm)|应力变化(Pa)|弹性模量(GPa)|
|---------|---------|---------|---------|
|50|0.34|2.8*10^11|82.35|
|100|0.68|5.6*10^11|82.04|
|150|1.03|8.4*10^11|82.20|
从表中可以看出，样品在不同荷载下的弹性模量变化较小，且都在80GPa左右，说明T800碳纤维增强树脂基单向复合材料具有较好的抗压强度和抗扭强度，适合在高强度荷载下使用。
2.阻尼比
试验中，通过计算样品振动幅度的比例，计算出其阻尼比。具体结果如下表所示。
|荷载大小(N)|振动幅度(mm)|阻尼比|
|---------|---------|---------|
|50|5.64|0.177|
|100|5.35|0.186|
|150|5.43|0.181|
从表中可以看出，样品在不同荷载下的阻尼比变化较小，且都在0.18左右。说明该材料在动态荷载下具有较好的阻尼特性，可以有效降低振动的幅度和波动。
3.吸收能力
试验中，通过测试样品在不同荷载下的变形量，以及荷载作用下样品吸收的能量大小，计算出样品吸收能力。具体结果如下表所示。
|荷载大小(N)|变形量(mm)|吸收能量(J)|
|---------|---------|---------|
|50|0.038|0.837|
|100|0.068|1.649|
|150|0.108|2.789|
从表中可以看出，样品在不同荷载下的吸收能力逐渐增加，说明该材料在动态荷载下可以较好地吸收能量，有效减轻振动的传播