【正文】 沙粒的運(yùn)動(dòng)有懸移 層的 粒徑小于 mm 的沙粒 ； 躍移 層的粒徑在 ～ mm 之間 ；粒徑在 ～ 1 mm 范圍內(nèi)的沙粒運(yùn)動(dòng)一般屬于表層的蠕移。 本次試驗(yàn)根據(jù)粒度在空間中分布情況，以躍移和懸移為主，選擇 ～ mm；～ mm； ～ mm； ～ mm 四種粒徑進(jìn)行沖刷磨損試驗(yàn)。 （ 3） 沖擊 速度 新疆大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 15 根據(jù) 2022 年～ 2022 年新疆五大風(fēng)口大風(fēng)統(tǒng)計(jì)情況，年平均風(fēng)速為 8 m/s， 在 50 m～70 m 高度范圍內(nèi) 的平均風(fēng)速為 12 m/s。平均風(fēng)速在 17 m/s 的天數(shù)最多。 本次試驗(yàn)選擇三種不同的風(fēng)速。通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮空氣流量，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)氣流到達(dá)試樣表面時(shí)的速度的目的。根據(jù)射流原理，計(jì)算得出距離噴嘴出口 100 mm 處的軸心速度，分別為 m/s， m/s， m/s，與全年風(fēng)速情況基本接近。超大風(fēng)本次試驗(yàn)不考慮。 （ 4） 沖擊角度 查閱相關(guān)資料，結(jié)合本次試驗(yàn)，沖擊角度選擇 15176。 ， 30176。 ， 45176。 ， 60176。 ， 90176。 (177。 2176。 )，規(guī)定試樣與噴嘴所在平面垂直時(shí)為 90176。 ，平行時(shí)候?yàn)?0176。 ； （ 5）試件尺寸 45*60*5 mm 和 45*60*10 mm。 （ 6）溫度：室溫 。 試驗(yàn)方法 （ 1） 玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂的 拉伸性能 試驗(yàn) 將復(fù)合材料 試樣 進(jìn)行 、 切割 、清洗 處理，按照 GB/T14471983 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) ，制得試驗(yàn)所 要求 的 尺寸， 在 萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) 進(jìn)行 拉伸性能試驗(yàn) ， 測(cè)定拉伸應(yīng)力 、 彈性模量 及 斷裂伸長(zhǎng)率。 （ 2）沖刷磨損試驗(yàn) 沖刷試驗(yàn)在沖刷試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。以壓縮空氣作為磨粒載體，沖刷試驗(yàn)參數(shù)如表 21所示。 表 21 試驗(yàn)的主要 參數(shù)設(shè)計(jì) 因素 編號(hào) A 沙粒直徑（ mm） B 風(fēng)速（ m/s） C 沖刷角度（度） 1 ～ 15 2 ～ 30 3 ～ 45 4 ～ 60 5 90 每個(gè)試樣進(jìn)行 5 次沖刷，每次用砂量為 1 kg，利用精度為 mg 的電子稱對(duì)沖刷后新疆大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 16 的重量進(jìn)行稱量，在試驗(yàn)前后對(duì)試樣均在酒精溶液超聲波清洗。為減少誤差，去掉第 1次和第 5 次的值，取剩余 3 次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行磨損率計(jì)算。最后利用掃描電子顯微鏡 觀察沖刷磨損形貌，分析磨損機(jī)理。 （ 3） 粒子狀態(tài)的測(cè)量 利用熱輻射粒子狀態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)沙粒在距離射流噴嘴處 100 mm 處的速度進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量速度測(cè)量時(shí)，調(diào)制窗口的特征寬度 0l =5 mm，透鏡組的光學(xué)放大率 0M =750。 （ 4）氣固兩相流數(shù)值模擬 利用流體軟件 ，對(duì)氣固兩相流進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬條件設(shè)置和沖刷試驗(yàn)條件一致。最后對(duì)沖刷磨損量及其分布進(jìn)行模擬，并和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。 測(cè)量 與評(píng)價(jià)方法 （ 1）拉伸性能 測(cè)量 對(duì)復(fù)合材料制品進(jìn)行 拉伸 性能測(cè)試，將拉伸應(yīng)力、 彈性模量 及 斷裂伸長(zhǎng)率 與其他材料對(duì)比，對(duì)其進(jìn)行綜合性能評(píng)價(jià)。 （ 2） 失重法 運(yùn)用電子天平對(duì)材料的試驗(yàn)前后的質(zhì)量進(jìn)行稱重，試驗(yàn)結(jié)束后根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出材料的 沖蝕率 。 /mM?? （ 21） 式 (21)中： ε— 沖蝕率 （ g/kg） ； m— 樣品失重 （ g） ； M— 混合砂用量 （ kg） 。 （ 3） 掃描電鏡分析 LED1430VP 型掃描電鏡。用掃 描電鏡對(duì)試樣沖刷磨損后的磨損面進(jìn)行掃描，得出沖刷面的形貌圖，便于我們對(duì)材料磨損的分析及磨損機(jī)制的討論。 （ 4）射流理論計(jì)算值與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比 氣體射流模擬與射流理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比；對(duì)粒子速度測(cè)量值和粒子射流模擬結(jié)果對(duì)比；沖刷磨損率與數(shù)值模擬沖刷磨損結(jié)果對(duì)比，判斷模擬結(jié)果的合理性。 新疆大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 17 第 三 章 玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的 拉伸性能測(cè)試 引言 拉伸性能是復(fù)合材料最基本和最重要的力學(xué)性能。本章對(duì)真空袋壓成型制的玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂進(jìn)行了拉伸性能測(cè)試。并與其它材料的彈性模量、斷裂強(qiáng)度和位移進(jìn)行對(duì)比，分析差異 及產(chǎn)生差異的原因 [3336]。 拉伸試驗(yàn)方法和條件 本實(shí)驗(yàn)參照纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則 (GBl4462022)、纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法 (GBl4472022)來(lái)加工試樣和進(jìn)行材料的拉伸性能測(cè)試。 試驗(yàn)儀器 試驗(yàn)儀器采用深圳三思 CMT530 微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。 試驗(yàn)尺寸 國(guó)標(biāo) GBl44783 中提出了三種試樣形式，分別為 I 型、 II 型和 III 型， I、 II 型試樣主要用于織物增強(qiáng)塑料， III 型試樣適用于模壓短切纖維增強(qiáng)塑料。在本次拉伸實(shí)驗(yàn)中，將采用 Ⅰ 型的拉伸試樣， 它的尺寸大小及圖形如表 3l 及圖 3l。 表 31 Ⅰ 型和 Ⅱ 型拉伸標(biāo)準(zhǔn) 試樣 尺寸 符號(hào) 名稱 Ⅰ 型 Ⅱ 型 L 總長(zhǎng)（最?。? 180 250 L0 標(biāo)距 50177。 100177。 L1 中間平行段長(zhǎng)度 55177。 — L2 端部加強(qiáng)片間距離 — 150177。 5 L3 夾具 間距離 115177。 5 170177。 5 L4 端部加強(qiáng)片長(zhǎng)度（最小） — 50 b 中間平行段寬度 10177。 25177。 bl 端頭寬度 20177。 — da 厚度 2～ 10 2～ 10 新疆大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 18 因?yàn)樵囼?yàn)中所用的樹(shù)脂為脆性材 料，其拉伸應(yīng)力位移直至破壞是直線，因此試樣的制備過(guò)程中，保證軸向裁剪精度。 圖 31 Ⅰ 型 試樣形狀尺寸 試驗(yàn)注意事項(xiàng) 由于玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)度較高，且為脆性，為了防止拉伸過(guò)程中試樣與試驗(yàn)機(jī)夾頭之間相對(duì)滑移造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，每次測(cè)試時(shí)都在試樣上安裝了應(yīng)變片式引伸計(jì)。借助橡皮筋將引伸計(jì)前端的兩片刀口固定在試樣上，兩者之間不可能產(chǎn)生滑移。 拉伸試驗(yàn)步驟 試樣準(zhǔn)備 按照拉伸試驗(yàn) Ⅰ 型 標(biāo)準(zhǔn)制樣， 精確到 mm。將制得的玻璃纖維復(fù)合材料分為兩組，厚度分別為 5 mm 和 10 mm， 試樣組別及厚度如表 31 所示。 表 32 復(fù)合材料 厚度及組別 組別及編號(hào) 層數(shù) 厚度（ mm） A 組（ 3） 12 10 B 組（ 6） 6 5 夾持與加載 將微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的標(biāo)距凋至為 50 mm，把試樣央持在夾頭上，使試樣的中心線與上下央頭中心線一致。 測(cè)試過(guò)程中加載速度為 2 mm/min，測(cè)定拉伸性能時(shí)，按規(guī)定速度連續(xù)均勻加載直至試件完全破壞，讀取拉伸模量和拉伸強(qiáng)度。 新疆大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 19 試驗(yàn)計(jì)算公式 根據(jù)拉伸性能試驗(yàn)方法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)合材料拉伸應(yīng)力或拉伸強(qiáng)度的計(jì)算 公式為： （ 31） 式中： t? — 拉伸應(yīng)力或拉伸強(qiáng)度（ MPa）； F— 拉伸應(yīng)力或拉伸強(qiáng)度（ N）； b— 試樣寬度（ mm）； d— 試件厚度（ mm）。 復(fù)合材料拉伸斷裂伸長(zhǎng)率的計(jì)算公式為： 0ht LL? ?? （ 32） 式中： t? — 試樣斷裂伸長(zhǎng)率（ %）； hL? — 試樣拉伸斷裂時(shí)標(biāo)距 0L 內(nèi)的伸長(zhǎng)量（ mm）； 0L — 試樣測(cè)量的標(biāo)距（ mm）。 拉伸彈性模量 tE 按式（ 2）計(jì)算 0t LFE b d L??? ? ?? （ 33） 式中： tE — 拉伸彈性模量（ MPa）； F? — 載荷 — 應(yīng)變曲線上初始直線段的載荷增量（ N）； L? — 與載荷增量 F? 對(duì)應(yīng)的標(biāo)距 0L 內(nèi)的變形增量（ mm）。 試驗(yàn)結(jié)果分析 拉伸斷裂破壞形式分析 加載初期試件外觀沒(méi)有明顯變化，當(dāng)加載到試件的極限荷載時(shí)試件破壞，玻璃纖維大部分被拉斷，只有小部分相連。使其未能完全發(fā)揮出強(qiáng)度就脫落、斷裂。玻璃纖維布方向與拉伸方向呈現(xiàn) 177。 45176。，故復(fù) 合材料在拉伸時(shí)必然出現(xiàn)顯著地拉伸各向異性。拉伸載荷不能主要集中在纖維上，而由纖維與基體界面的結(jié)合力來(lái)承受。試件破壞典型形態(tài)如圖 33 所示。 t Fbd? ? ?新疆大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 20 圖 32 玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂的拉伸破壞典型形態(tài) 拉伸載荷一位移曲線分析 復(fù)合材料拉伸典型載荷 — 位移曲線如圖 34 所示，由于初始加載階段夾具與試件出現(xiàn)滑移，在圖中初始階段一段水平線，當(dāng)試件滑移量達(dá)到 mm 后，夾具與試件夾持良好，其后未出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料所發(fā)生的形變基本上是隨所施外力的增大而增加，載荷一位移曲線基本上都類似拋物線。 圖 34 復(fù)合材料載荷一位移曲線 （ a） A 組 3 號(hào)試樣 （ b） B 組 6 號(hào)試樣 6 層玻璃纖維布與 12 層玻璃纖維布的載荷一位移曲線在變化趨勢(shì)上具有一些共同的特征，拉伸初始階段的拉伸抗力主要來(lái)自基體與纖維界面的結(jié)合力，隨著拉伸的不斷進(jìn)行，纖維與基體發(fā)生滑移，伴隨著纖維拔出， 增強(qiáng)纖維從基體中脫落時(shí)發(fā)生摩擦，這新疆大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 21 種情況下借助脫粘增大表面能、拔出功和摩擦功等形式來(lái)做阻力功抵抗破壞的能量 。玻璃纖維斷裂與樹(shù)脂斷裂存在不同時(shí)性，樹(shù)脂斷裂位移要低于玻璃纖維的斷裂位移。 拉伸彈性模量和強(qiáng)度分析 彈性模量 和強(qiáng)度是材料拉伸力學(xué)性能最重要的兩個(gè)表征參數(shù)。彈性模量的計(jì)算來(lái)自拉伸載荷位移曲線初始階段的直線部分，以下彈性模量和斷裂強(qiáng)度的數(shù)據(jù)都是三塊試樣的平均值，表 33 給出了兩種玻璃纖維鋪層增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量的計(jì)算結(jié)果，其中每個(gè)數(shù)據(jù)均為三塊試樣數(shù)據(jù)的平均值。 表 33 拉伸性能 數(shù)據(jù)表 組別 層數(shù) 抗拉強(qiáng)度（ MPa） 彈性模量（ MPa） 平均延伸率 % A 12 580 7300 3 B 6 500 3166 從表 33 中可以看出， 12 層玻璃纖維布的彈性模量是 6 層的 2 倍，斷裂延伸率基本相同，玻璃纖維作為增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料的承載主體，決定了復(fù)合材料的宏觀力學(xué)性能，尤其是沿纖維方向的拉伸性能。因此，在同等制備條件下，隨著復(fù)合材料層合板厚度增加，其拉伸強(qiáng)度必然會(huì)增大。另外，復(fù)合材料玻璃纖維鋪層厚度的增大，其抗變形能力明顯提高，宏觀表現(xiàn)為拉伸模量的提高。 需要指出的是，拉伸過(guò)程中復(fù)合材料斷裂的影響因素很多，其拉伸性能差異還與樹(shù)脂基體性能、復(fù)合成型工藝、纖維與基體問(wèn)界面等因素有關(guān)。 小結(jié) （ 1）采用真空袋壓成型工藝，制備了 玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù) 合材料 ，拉伸試驗(yàn)中，6 層和 12 層玻璃纖維鋪層的平均抗拉強(qiáng)度為 500 MPa 和 580 MPa；分析結(jié) 果表面，沿加載方向的有效承載纖維數(shù)越多，其復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度越大。 （ 2）分析了拉伸斷裂破壞形式。復(fù)合材料斷裂端口局部或多或少均存在未被樹(shù)脂附著的纖維束，這說(shuō)明斷裂最初是由于樹(shù)脂的解體、破壞，進(jìn)而是纖維的脫粘、斷裂，最終導(dǎo)致復(fù)合材料的斷裂破壞。樹(shù)脂與增強(qiáng)體斷裂破壞的不同時(shí)性是拉伸破壞的主要原因。 新疆大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 22 （ 3）不同層數(shù)的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸性基本相同，可以歸結(jié)為取向度和拉伸方向上受力層數(shù)的不同兩方面的因素共同產(chǎn)生 的影響，玻璃纖維復(fù)合材料沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，破壞征兆不明顯，屬于脆性材料。 新疆大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 23 第 四 章 玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料 沖刷 磨損 行為的研究 引言 本章采用氣固兩相流沖刷磨損試驗(yàn)機(jī)，研究高速氣流帶動(dòng)沙粒運(yùn)動(dòng)沖擊玻璃纖維復(fù)合材料而引起的破壞。借助掃描電子顯微鏡分析磨損表面形貌，探討材料在玻璃纖維復(fù)合材料的氣固兩相流磨損機(jī)理 [4446]。 根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片所處的工況以及本論文所研究工程應(yīng)用背景的需求， 在試驗(yàn)參數(shù)選擇上 ，保證 試樣 與風(fēng) 沙 之間相對(duì)流速 與 風(fēng)場(chǎng)中的 實(shí) 際 工 況 接近 。 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法 試驗(yàn)材料為玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂，沖刷試驗(yàn)在氣固兩相流沖刷磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。每個(gè)試樣進(jìn)行 5 次沖刷，每次用砂量為 1kg，利用精度為 的電子稱對(duì)沖刷后的重量進(jìn)行稱量，在試驗(yàn)前后對(duì)試樣均在酒精溶液超聲波清洗。為減少誤差，去掉第 1 次和第5 次的值，取剩余 3 次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行磨損率計(jì)算。最后利用掃描電子顯微鏡觀察沖刷磨損形貌，分析磨損機(jī)理。 試驗(yàn) 結(jié)果 及 分析 磨粒粒徑對(duì)復(fù)合材料沖刷磨損失重率的影響 玻璃纖維復(fù)合材料在 沖刷速度 ，沖刷角度 45176。時(shí)，沖蝕率與粒徑的關(guān)系如圖 41 所示。 試驗(yàn) 所用沙粒粒徑分別是 ～ ； ～ ； ～； ～ 。 圖 41 沖蝕率隨沙粒尺寸變化的關(guān)系曲線 新疆大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 24 試驗(yàn)結(jié)果顯示，玻璃纖維復(fù)合材料的沖蝕率隨著粒徑的減小呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。最大沖蝕