碳纤维管的强度研究

碳纤维复合材料具有质量轻、刚度好、比强度高、比模量高、耐高温、抗疲劳性能好可设计等特有的优越性能，用其制作的碳纤维管重量只有传统材料的80 %。由于碳纤维管在航空航天、海洋平台、工业生产、压力容器等众多领域有应用，所以其设计和力学特性必须满足使用需求。

试验件采用碳纤维预浸料按纵向和环向铺设。纵向纤维主要提供抗拉和抗压能力。环向纤维用于环向加固，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域是100mm，试验区强度为300mm，内直径为150mm；受拉碳纤维管两端加固区150mm，试验长度为200mm，管的内直径为50mm。管道端部采用机械加工，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。试验机的较大拉压载荷2500kN。在实验中，使用LVDT与MIS试验机同时工作，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。在实验中，几乎没有肉眼可见的变化，直到损坏负荷的80%。当损坏负荷达到80%时，可以听到噼啪声，属于脆性损伤。通过观察截面和树脂开裂，发现环纤维断裂和纵纤维断裂。这表明，当碳纤维管受到压力时，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，件加载后变形应变达到0.005当树脂开始出现微裂纹时，发出劈裂声，但肉眼无法观察到。当应变达到时0.015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，碳纤维材料是一种脆性材料，具有明显的脆性断裂特性。碳纤维管的应变0.015应力呈线性变化，碳纤维管开裂严重，管刚度退化迅速，变形迅速增加。