硫酸钡填充玻纤增强聚合物复合材料力学性能和侵蚀磨损行为的实验与数值研究

摘要整理

本研究评估了硫酸钡含量对固定玻纤增强环氧复合材料物理性能、力学性能、动力学性能和侵蚀磨损性能的影响。采用真空辅助树脂传递模塑（VARTM）技术在受控压力条件下制备了硫酸钡含量为0~30 wt%的复合材料。对制备的复合材料进行了物理性能（密度、孔隙率、硬度）、力学性能（拉伸强度、弯曲强度、层间剪切强度）、动力学性能和侵蚀磨损性能的表征，包括数值和实验分析。实验结果表明，硫酸钡含量增加导致复合材料的密度、孔隙率、硬度、层间剪切强度和断裂韧性增加，而当硫酸钡含量超过10 wt%时，拉伸强度和弯曲强度下降。侵蚀结果表明，最大磨损速率出现在45°~75°冲击角范围内，表明复合材料呈现半延性特征。采用计算流体动力学（CFD，ANSYS Fluent）模拟分析计算侵蚀磨损速率、侵蚀疤痕，追踪颗粒轨迹，通过与实验结果对比验证数值模拟结果。最后，将侵蚀效率作为冲击速度的函数进行计算，并通过扫描电子显微镜观察侵蚀样品的磨损特征。

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