● 摘要
树脂基复合材料作为结构材料应用日趋广泛，在实际服役中普遍承受各种复杂动态载荷，因而动态力学性能比静态力学性能可更好地反映其实际使用条件下的性能，对动载作用下复合材料响应行为进行研究具有重要意义。 首次利用高载动态力学热分析仪EPLEXOR500（最高总载荷达500 N），在较宽的载荷范围内，通过改变静/动态载荷比的方法，系统考察了浸胶纤维丝束、单一纤维复合材料、混杂纤维复合材料、不同静态模量复合材料等的储能模量、损耗角正切随载荷的变化规律，得到了其动态黏弹特性载荷谱，并发现了复合材料在高载作用下所特有的一些动态黏弹特性。采用动载弯曲（冲击弯曲）与静载弯曲相结合的实验方法，研究了树脂基复合材料经动载损伤后的剩余弯曲性能的衰减规律。研究结果可为复合材料性能的分析、设计及应用提供依据。 高载下动态黏弹性研究表明，载荷对树脂基复合材料动态黏弹性的影响主要表现在两个方面：一是使动态黏弹性参数发生变化，储能模量随静载增大而升高，随动载增大而降低；其损耗角正切随动载增大而降低，而随静载增大呈现出较复杂的规律性变化。二是载荷水平的改变会引起复合材料玻璃化转变特征温度、特征频率的变化，且具有明显的“温度－频率－载荷”等效特点，即增大静载与降低实验温度或增大载荷频率对于动态黏弹性的影响是等效的，而增大动载的影响则与之相反。 研究发现储能模量随试样厚度的变化趋势受静载水平的影响，在静载较低时，储能模量随厚度的增大而降低，这与一般DMTA所得规律一致，但静载高于一临界点时，储能模量随厚度的增大而升高。实验跨距及试样宽度对储能模量的影响也有类似规律。 混杂纤维复合材料的储能模量与其混杂比直接相关，随碳纤维含量的增加，碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料的储能模量升高，而损耗角正切降低；复合材料的储能模量与其静态模量密切相关，随静态模量的升高，储能模量升高，而损耗角正切降低。随着实验温度的升高，复合材料储能模量受载荷影响的程度减弱，而损耗角正切所受的影响则增强，而且损耗角正切随动载增大而变化的趋势逐渐由略微降低转变为升高。 研究了树脂基复合材料动载弯曲损伤模式以及经动载损伤后的沿加载面及背面弯曲性能的衰减规律。动载弯曲中复合材料的损伤演化及耗能规律因材料性能及铺层结构等的不同而表现出很大差异。 实验表明，复合材料的剩余静态弯曲性能随动载弯曲能的增大而衰减，且存在临界载荷点，动载低于该临界点时，损伤扩展的速度较缓慢，剩余弯曲性能以较低的速度降低，高于该临界动载后，裂纹扩展迅速以至完全失效，剩余弯曲性能的降低速度明显加快。 在弯曲动载作用下复合材料出现损伤时，动态黏弹性会对裂纹引发及裂纹扩展的整个过程产生影响。动态黏弹性是复合材料中树脂基体、纤维及界面性能的综合反映。