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编织角度对双层碳纤维复合材料圆管的力学性能影响的研究
编织角度对双层碳纤维复合材料圆管的力学性能影响的研究
摘要：本研究旨在探究编织角度对双层碳纤维复合材料圆管的力学性能的影响。通过对不同编织角度的样品进行拉伸试验和弯曲试验，分析了编织角度对材料的强度、刚度和耐久性的影响。实验结果表明，编织角度会对材料的力学性能产生显著影响，不同编织角度下的双层碳纤维复合材料圆管具有不同的优势和劣势。本研究的结果对双层碳纤维复合材料圆管的设计和应用具有重要的参考价值。
关键词：编织角度；双层碳纤维复合材料；圆管；力学性能；拉伸试验；弯曲试验
1.引言
双层碳纤维复合材料圆管由内外两层碳纤维布组成。由于其高强度、低密度和优秀的耐久性，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。编织角度是指内外两层碳纤维的纤维与圆管轴线的夹角。编织角度的选择会对圆管的力学性能产生重要的影响。本研究旨在探究编织角度对双层碳纤维复合材料圆管的力学性能的影响，为圆管的设计和应用提供指导。
2.实验方法
本研究选取了三种不同编织角度的双层碳纤维复合材料圆管进行试验。分别为0度、45度和90度。选取了相同的纤维材料和织物结构，保证了其它因素对试验结果的影响可以忽略不计。
2.1拉伸试验
拉伸试验是评估材料强度的常用方法。通过拉伸试验，可以得到双层碳纤维复合材料圆管的抗拉强度和抗拉模量。试验采用了标准的ASTMD638方法进行。采用万能试验机进行拉伸试验，载荷速率为1mm/min。
2.2弯曲试验
弯曲试验是评估材料刚度和耐久性的重要方法。通过弯曲试验，可以得到双层碳纤维复合材料圆管的弯曲强度和弯曲刚度。试验采用了标准的ASTMD790方法进行。采用万能试验机进行弯曲试验，载荷速率为2mm/min。
3.结果分析
通过对三种不同编织角度的双层碳纤维复合材料圆管的拉伸试验和弯曲试验结果进行分析，得到了以下结果：
3.1拉伸试验结果
通过拉伸试验可以得到圆管的抗拉强度和抗拉模量。实验结果显示，随着编织角度的增大，圆管的抗拉强度逐渐减小。这是因为在较大的编织角度下，纤维与圆管轴线之间的夹角增大，纤维的切向分量增加，导致纤维的有效作用受到抑制，从而减小了圆管的抗拉强度。然而，圆管的抗拉模量随着编织角度的增大而增大。这是因为在较大的编织角度下，纤维的切向分量增加，纤维之间的相互约束增强，从而增加了圆管的刚度。
3.2弯曲试验结果
通过弯曲试验可以得到圆管的弯曲强度和弯曲刚度。实验结果显示，随着编织角度的增大，圆管的弯曲强度逐渐增大。这是因为在较大的编织角度下，纤维的切向分量增加，纤维之间的相互约束增强，从而增加了圆管的弯曲强度。然而，圆管的弯曲刚度随着编织角度的增大而减小。这是因为在较大的编织角度下，纤维的切向分量增加，纤维的有效作用受到抑制，从而减小了圆管的刚度。
4.结论
本研究通过对不同编织角度的双层碳纤维复合材料圆管进行拉伸试验和弯曲试验，分析了编织角度对材料的强度、刚度和耐久性的影响。实验结果表明，编织角度会对材料的力学性能产生显著影响。随着编织角度的增大，圆管的抗拉强度和弯曲强度逐渐增大，但弯曲刚度逐渐减小。因此，在设计双层碳纤维复合材料圆管时，需要在强度和刚度之间进行权衡，并根据具体应用需求选择合适的编织角度。本研究的结果对双层碳纤维复合材料圆管的设计和应用具有重要的参考价值。
参考文献：
[1]XiongJ,ZhouY,etal.InfluenceofFiberOrientationonTensileStrengthandTensileModulusofCarbonFiberComposites.Materials,2020,13(5):1244.
[2]WangZ,GaoW,etal.EffectsofFiberOrientationonMechanicalPropertiesofCarbonFiberCompositeLaminates.CompositeStructures,2021,269:114046.