摘要
目前随着人类社会和科学技术的发展，混杂复合材料的使用范围越来越广泛，已应用于各个工业领域。为了适应社会发展，节约生产成本，有时采用碳纤维与玻璃纤维共同增强同一树脂基体，便可得到比强度、比刚度以及断裂韧性优良的玻/碳纤维混杂复合材料。但其在工程使用中经常会受到湿热环境以及外载荷的共同作用，严重影响到复合材料强度。因此，对玻/碳纤维混杂复合材料开展湿热环境下的强度研究，具有重要的工程意义。 本文从宏观力学的角度出发，将复合材料单层板的刚度和强度表达成含有湿热参数的函数，并且基于湿热环境下经典层合板理论、刚度折减修正法以及Hofmann强度失效准则，建立了玻/碳纤维混杂复合材料层合板强度模型。对湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料对称层合板和玻/碳纤维混杂复合材料非对称层合板的强度进行研究，具体研究内容及结论如下： (1)利用MATLAB软件编写了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料对称层合板强度计算程序，研究了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料对称层合板不同的铺层方式、铺层厚度、铺层结构对其拉伸强度的影响规律。通过计算发现，相同的湿热环境下，铺层方式为(0G/90C)4S的玻/碳纤维混杂复合材料对称层合板拉伸强度比较好；铺层设计中，在玻/碳纤维混杂复合材料对称层合板铺层总数不变的情况下，45°层或90°层分别与0°层组合时，其拉伸强度随着45°或90°铺层的质量分数的提高而逐渐下降；湿热环境下以(0C/90G)m为递增单元层时随着m值的增大，玻/碳纤维混杂复合材料对称层合板的拉伸强度变大。 (2)研究了玻/碳纤维混杂复合材料对称层合板在湿热环境下受到弯矩载荷Mx后，温度、铺层厚度以及铺层顺序对其弯曲强度的影响规律。研究表明：在干、湿态环境20℃~110℃温度内，玻/碳纤维混杂复合材料对称层合板伴随着环境温度的提高其弯曲强度而逐步降低，湿度对层合板弯曲强度的影响也越明显；玻/碳纤维夹芯混杂复合材料对称层合板在干湿态环境下，把碳纤维/环氧树脂单层板作为表层，玻璃纤维/环氧树脂单层板作为芯层，其弯曲强度要好；在工程厚度允许范围内，应尽量增加对称层合板中(0°/90°)或者(0°/45°)的组数，以增强玻/碳纤维混杂复合材料对称层合板的弯曲强度。 (3)基于湿热环境下经典层合板理论，考虑了复合材料非对称层合板存在耦合刚度矩阵，利用MATLAB编写了玻/碳纤维混杂复合材料非对称层合板强度计算程序。对湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料非对称层合板的拉伸强度和弯曲强度进行计算，讨论了湿热环境下温度、铺层比例对玻/碳纤维混杂复合材料非对称层合板的强度影响规律。研究表明：湿热环境下随着温度的升高，玻/碳纤维混杂复合材料非对称层合板的拉伸强度与弯曲强度下降比较明显，受温度影响程度较大；湿热环境下，玻/碳纤维混杂复合材料非对称层合板中0°层的比例越高其拉伸强度和弯曲强度越大；当90°铺层连续叠加时，玻/碳纤维混杂复合材料非对称层合板受到拉伸载荷时90o层中的基体开裂将会导致其他层纤维附近的局部应力集中越来越严重，从而使玻/碳纤维混杂复合材料非对称层合板的拉伸强度逐渐降低。
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