關于碳纖維管的彎曲實驗分析

  碳纖維管是比較常見的一種碳纖維制品,在復合材料管材中,碳纖維管屬于性能非常高的一款復合材料管,其密度比較低,但強度卻是鋼材的7-9倍,并且還具有非常好抗沖擊以及耐腐蝕性的性能優勢。本文由博實小編來針對碳纖維管做個彎曲實驗分析。

  彎曲實驗主要是檢驗材料在彎曲靜載荷作用下的性能或行為,適用于測定脆性和低塑性材料的強度指標,同時用撓度表示其塑性能力,是材料工程中一種常用的實驗方法。彎曲實驗時,試樣橫截面上的應力應變分布是不均勾的,表面的應力應變較大,與拉伸實驗的應力應變存在較大的差別,這種差別體現在試樣橫截面上的應力梯度。

  彎曲試驗依其加載方式的差別可以分成靜態和動態兩大類。其中靜態彎曲試驗包括三點彎曲(集中加載)試驗和四點彎曲(等彎矩加載)試驗兩種。本實驗通過三點彎曲,無約束支撐,以恒定的加載速率加載,致使試樣破壞或達到一定的撓度值。

  試驗方法:選取壁厚均為1mm、長度為100mm的直徑分別為10mm、30mm、60mm、90mm、120mm、150mm的碳纖維圓管各一根作為實驗樣品。在實驗過程中,需要測量并記錄施加在試樣上的載荷和試樣的撓度,分別計算出其彎曲強度、彎曲彈性模量,推斷出彎曲應力與應變的關系。

  碳纖維管彎曲實驗時主要承受拉力和壓力掌中應力,因此其彎曲性能與拉伸、壓縮性能差不多,但由于彎曲實驗,大應力區域比拉壓實驗時小,所以一般彎曲強度比拉伸、壓縮強度值較高。

  經研究測試可知:直徑超過100mm的碳纖維圓管與直徑低于30mm的碳纖維圓管在軸心受力下都呈現出良好的線彈性,在遭受破壞時也都呈現出明顯的脆性。破壞與口徑大小沒有直接關聯,但與管材的鋪層及層間粘結力關聯較大,在圓管制造過程中,一旦碳纖維復合材料鋪層間的粘結力不夠就會導致層間分層的問題,影響到管材的整體性能。

  另外,圓管的截面強度也很重要,在經過研究對比發現,發生幾率較少的幾起管材成品件的破壞事件中,其破壞區域多集中在管材與金屬接頭處,實物分析后推斷是金屬接頭相對于碳纖維圓管太薄的原因造成的。因此,在管材與金屬件連接的設計中需要重視這一問題。

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