碳纖維管的強度研究

碳纖維復合材料具有重量輕、剛度好、比強度高、比模量高、耐高溫、耐疲勞等獨特的優點。碳纖維管的重量僅為80種傳統材料 %。由于碳纖維管應用于航空航天、海洋平臺、工業生產、壓力容器等領域，其設計和機械特性必須滿足使用要求。

根據縱向和環向鋪設碳纖維預浸料。垂直纖維主要提供抗拉和抗壓能力。環向纖維用于環向加固，并抵抗意外的橫向剪力。鋪裝角度為0°、±45°、90°，試件長度為500mm、厚度為1.5mm，壓縮碳纖維管兩端的加固區為1000mm，試驗區強度為300mm，內直徑為150mm；拉碳纖維管兩端加固區15mm，試驗長度為200mm，管道內徑為50mm。管端采用機械加工，使其水平，減少偏心。

碳纖維管

試驗采用電液伺服試驗機進行。試驗機較大拉荷載2500kN。在實驗中使用LVDT與MIS機同時工作，同時收集數據。此外，在每個試件的中間，根據縱向和橫向對稱布置8個應變片，收集試件的應變隨加載而變化LVDT比較采集的數據。本試驗采用位移加載，加載速率為0.005mm/s，數據采樣頻率為10Hz。

試驗結果表明，碳纖維管具有良好的抗壓強度，平均強度為230MPa ，應變達到5.2 X10^ 3。在損壞負荷的80%之前，幾乎沒有肉眼可見的變化。當損壞負荷達到80%時，可以聽到噼啪聲，屬于脆性損傷。環纖維斷裂和縱纖維斷裂是通過觀察截面和樹脂開裂發現的。這說明碳纖維管受壓時，負荷主要由基體承受，其強度取決于基體的強度。試驗過程中未發現管壁屈曲，屬于強度損傷。

碳纖維管

通過對應變數據的分析，可以看出，當樹脂開始出現微裂紋時，零件加載后的變形應變達到0.005，發出裂紋聲，但肉眼無法觀察到。當應變達到0.015時，當樹脂在拉截面上大范圍開裂時，荷載主要由碳纖維承受，荷載繼續增加，碳纖維管變形明顯，剛度迅速退化，直至碳纖維斷裂，試件損壞。碳纖維管的抗拉強度達到800MPa以上，應變大到0.03 ，說明碳纖維管具有良好的抗拉性能。

從試驗中可以看出，與鋼材相比，碳纖維管具有重量輕、強度高的特點，特別是拉伸強度達到800MPa以上。然而，碳纖維材料是一種具有明顯脆性斷裂特性的脆性材料。碳纖維管應變0.015應力呈線性變化，碳纖維管開裂嚴重，管剛度迅速退化，變形迅速增加。