定向拉伸工艺增韧有机玻璃若干力学问题的实验研究

定向有机玻璃论文 各向异性论文 拉伸度论文 疲劳断裂论文 频闪法论文 数字相移光弹性法论文 残余应力
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定向拉伸工艺增韧有机玻璃凭借其优良的力学性能和高透光率广泛应用于航空领域。近年来由于飞机座舱盖定向有机玻璃部件断裂破坏事故屡次发生,以及新型高性能飞机对其力学性能提出了更高要求,使得定向有机玻璃材料的力学性能逐渐得到研究人员的重视。由于定向有机玻璃的分子链变为有序的定向排列,故其综合力学性能与非定向有机玻璃相比得到了极大的改善,力学性能的改善程度与其聚集态结构有关。而聚集态结构的测试非常困难,影响了对定向有机玻璃力学性能的研究。本文主要测试定向有机玻璃的双折射效应,通过双折射效应反映其聚集态结构,以此对各向异性力学性能、层间强度、疲劳断裂性能以及残余应力这几个关键力学问题进行分析研究。本文通过对双折射效应的测试实现了定向有机玻璃拉伸度的定量测量,并建立了双折射效应的相位差、拉伸度以及弹性模量之间关系的数学模型。根据测得的不同方向的拉伸程度建立横观各向同性的力学模型,以此对各向异性断裂力学性能进行研究,得出取向方向力学性能增强,而与取向垂直方向力学性能相对薄弱;对厚度方向不同层面拉伸均匀度进行测试,以此对层间强度进行研究,得出层间强度薄弱,容易产生层间开裂等重要结论。本文提出了运用频闪法结合数字图像频域相关分析法进行疲劳性能测试,此方法能够将动态过程转化为准静态过程,以此研究疲劳性能。运用此方法对带应力集中缺口的单层和层合定向有机玻璃的疲劳断裂问题进行研究,得出层合定向有机玻璃能够改善定向有机玻璃疲劳断裂力学性能。数字相移光弹性法提高了应力测试的灵敏度,对于双折射效应不敏感的有机玻璃材料可根据灰度变化进行应力测试。本文对数字相移光弹性法等倾角相位不连续问题进行分析研究,并运用此方法对残余应力进行测试。通过对加工工艺应力测试结果进行分析得出加工工艺应力是进给速度、转速、钻孔直径以及装卡方式共同作用的结果,并提出了一系列减小加工工艺应力和提高加工质量的方法;根据环境应力的测试结果建立了合理的边界应力数学模型,分析出边界应力主要受湿度影响,其分布规律为由边界向内部逐渐减小。
摘要第3-4页
ABSTRACT第4-5页
第一章 绪论第9-25页
    1.1 定向有机玻璃的特性第9-16页
        1.1.1 航空透明材料发展概况第9-10页
        1.1.2 有机玻璃的增韧技术第10-14页
        1.1.3 定向有机玻璃的结构特性第14-16页
    1.2 定向有机玻璃拉伸均匀度研究概况第16-17页
    1.3 定向有机玻璃疲劳断裂性能研究第17-20页
        1.3.1 疲劳断裂性能研究概况第17-19页
        1.3.2 频闪法研究概况第19-20页
    1.4 定向有机玻璃残余应力研究概况第20-23页
        1.4.1 加工工艺应力研究概况第20-21页
        1.4.2 环境应力研究概况第21-22页
        1.4.3 残余应力测试方法研究概况第22-23页
    1.5 本文选题意义和主要内容第23-25页
第二章 定向有机玻璃各向异性力学性能研究第25-54页
    2.1 引言第25页
    2.2 双折射效应的等达因法测试及分析第25-31页
        2.2.1 等达因法原理第25-27页
        2.2.2 实验测试过程第27-28页
        2.2.3 测试结果及分析第28-31页
    2.3 各向异性力学模型的建立第31-33页
    2.4 各向异性力学参数测试第33-43页
        2.4.1 数字图像频域相关分析法位移的自动测试第33-38页
        2.4.2 弹性常数测试第38-43页
    2.5 各向异性断裂力学性能研究第43-52页
        2.5.1 断裂韧性测试第43-47页
        2.5.2 断口形貌分析第47-48页
        2.5.3 裂纹断裂准则研究第48-52页
    2.6 本章小结第52-54页
第三章 定向有机玻璃层间强度研究第54-67页
    3.1 引言第54-55页
    3.2 拉伸均匀度的定量测试第55-59页
        3.2.1 不同层面拉伸均匀度分析第55页
        3.2.2 等达因法测试第55-58页
        3.2.3 数字相移光弹性法测试第58-59页
    3.3 拉伸均匀度对层间强度的影响分析第59-63页
    3.4 层间强度的改善方法研究第63-66页
        3.4.1 层合定向有机玻璃的制备第63-64页
        3.4.2 层合定向有机玻璃层间强度研究第64-66页
    3.5 本章小结第66-67页
第四章 定向有机玻璃疲劳性能研究第67-81页
    4.1 引言第67页
    4.2 频闪疲劳测试系统的研制第67-71页
        4.2.1 实验设备第67-69页
        4.2.2 图像采集第69-71页
    4.3 定向有机玻璃应力集中区域疲劳性能研究第71-75页
        4.3.1 实验过程第71-72页
        4.3.2 实验结果及分析第72-75页
    4.4 层合定向有机玻璃疲劳性能研究第75-80页
        4.4.1 层合定向有机玻璃层间疲劳性能研究第75-77页
        4.4.2 层合定向有机玻璃应力集中区域疲劳性能研究第77-80页
    4.5 本章小结第80-81页
第五章 定向有机玻璃残余应力研究第81-110页
    5.1 引言第81-82页
    5.2 数字相移光弹性法等倾角相位的确定第82-91页
        5.2.1 光弹性法原理第82-84页
        5.2.2 数字相移光弹性法原理第84-86页
        5.2.3 等倾角相位的分析及确定第86-91页
    5.3 定向有机玻璃双折射效应研究第91-95页
        5.3.1 材料条纹值测试第91-93页
        5.3.2 热光曲线测试第93-95页
    5.4 加工工艺应力的测试及分析第95-104页
        5.4.1 加工工艺应力的产生第95页
        5.4.2 实验测试及分析第95-103页
        5.4.3 测试结果讨论第103-104页
    5.5 环境应力的测试及分析第104-108页
        5.5.1 环境应力的产生第104-105页
        5.5.2 实验测试及分析第105-106页
        5.5.3 环境应力数学模型的建立第106-108页
    5.6 本章小结第108-110页
第六章 总结与展望第110-112页
    6.1 全文总结第110-111页
    6.2 工作展望第111-112页
参考文献第112-120页
发表论文和参加科研情况说明第120-121页
致谢第121页
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