芦丽丽　祁文军　王良英　陈海霞

摘 要：试验以及ANSYS workbench有限元模拟的方法研究了不同铺层的玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料在-40～80℃的低温下的弹性模量以及拉伸强度随温度变化的规律。结果表明：有限元模型能够较为精准地模拟不同温度下的拉伸过程，模拟的最大误差仅为8.06%；在-40～80℃的温度下，随着温度的上升叶根材料的纵向拉伸强度降低幅度最大，为27.07%，而层合板的纵向弹性模量只有叶根材料和蒙皮材料变化较为明显。

关键词：复合材料；高低温力学性能；性能预测

DOI：10.15938/j.jhust.2018.04.006

中图分类号： TK83

文献标志码： A

文章编号： 1007-2683（2018）04-0031-06

Abstract：Using the method of experiment and ANSYS workbench we study the different layers of glass fiber composite material`s mechanical properties under the temperature environment （from -40 to 80℃）. Material elastic modulus and tensile strength changes with temperature.Simulation results show that： Finite element model can simulate the experimental process more accurtely， and the maximum simulation error is only 8.06%. Experimental results show that as the temperature rise of glass fiber composite materials tensile strength were decreased， and the blade root materials tensile strength and the root materials elastic modulus with temperature change is most obvious， which is 27.07%. But， only hub material and skin material′s longitudinal elastic modulus obviously changed.

Keywords：composite material； mechanical property under extremely temperature； performance prediction

0 引 言

玻璃纖维增强环氧树脂基复合材料由于其密度小、强度、耐腐蚀等显著优点，常用于制造大型风力机叶片。但由于近年来，温室效应引起全球气候变暖，导致了全球气候的不稳定性，极热或极冷的天气状况出现几率日益增多，极端温度变化对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料性能的影响已不容忽视[1]。

目前，国内外对风机叶片的研究焦点基本均集中在叶片结构性能以及疲劳寿命等问题上，考虑气温因素的影响却很少[2-6]。刘康等[2]人对纤维增强聚合物基复合材料的低温性能做了整体分析，揭示了低温环境下，纤维增强聚合物基复合材料性能的影响因素主要是基体和纤维之间的界面效应。曾红燕，翁春晓[3-4]对玻璃纤维复合材料进行超低温性能测试，结果显示低温环境下，玻璃纤维复合材料的力学性能会有一定的提升。Peeyush Bhargava[6]则通过实验数据得到不同温度下的叶片材料弹性模量和剪切强度，研究表明：复合材料和温度的关系是随着温度的升高，材料的抗拉强度、抗压强度、剪切强度和弹性模量都会下降，并且在小的变化范围内呈近似线性关系。……