碳纤维管的强度研究

碳纤维复合材料具有重量轻、刚度好、比强度高、比模量高、耐高温、耐疲劳等独特的优点。碳纤维管的重量仅为80种传统材料 %。由于碳纤维管应用于航空航天、海洋平台、工业生产、压力容器等领域，其设计和机械特性必须满足使用要求。

根据纵向和环向铺设碳纤维预浸料。垂直纤维主要提供抗拉和抗压能力?；废蛳宋糜诨废蚣庸?，并抵抗意外的横向剪力。铺装角度为0°、±45°、90°，试件长度为500mm、厚度为1.5mm，压缩碳纤维管两端的加固区为1000mm，试验区强度为300mm，内直径为150mm；拉碳纤维管两端加固区15mm，试验长度为200mm，管道内径为50mm。管端采用机械加工，使其水平，减少偏心。

碳纤维管

试验采用电液伺服试验机进行。试验机较大拉荷载2500kN。在实验中使用LVDT与MIS机同时工作，同时收集数据。此外，在每个试件的中间，根据纵向和横向对称布置8个应变片，收集试件的应变随加载而变化LVDT比较采集的数据。本试验采用位移加载，加载速率为0.005mm/s，数据采样频率为10Hz。

试验结果表明，碳纤维管具有良好的抗压强度，平均强度为230MPa ，应变达到5.2 X10^ 3。在损坏负荷的80%之前，几乎没有肉眼可见的变化。当损坏负荷达到80%时，可以听到噼啪声，属于脆性损伤?；废宋狭押妥菹宋狭咽峭ü鄄旖孛婧褪髦逊⑾值?。这说明碳纤维管受压时，负荷主要由基体承受，其强度取决于基体的强度。试验过程中未发现管壁屈曲，属于强度损伤。

碳纤维管

通过对应变数据的分析，可以看出，当树脂开始出现微裂纹时，零件加载后的变形应变达到0.005，发出裂纹声，但肉眼无法观察到。当应变达到0.015时，当树脂在拉截面上大范围开裂时，荷载主要由碳纤维承受，荷载继续增加，碳纤维管变形明显，刚度迅速退化，直至碳纤维断裂，试件损坏。碳纤维管的抗拉强度达到800MPa以上，应变大到0.03 ，说明碳纤维管具有良好的抗拉性能。

从试验中可以看出，与钢材相比，碳纤维管具有重量轻、强度高的特点，特别是拉伸强度达到800MPa以上。然而，碳纤维材料是一种具有明显脆性断裂特性的脆性材料。碳纤维管应变0.015应力呈线性变化，碳纤维管开裂严重，管刚度迅速退化，变形迅速增加。