1.一种碳纤维金属层合板拉伸强度的计算方法,其特征在于,包括如下步骤:S1.在金属体积分数理论基础上,提出利用金属层厚度占比预测碳纤维金属层合板的拉伸强度,并引入各组分的强度贡献系数;利用金属层厚度占比预测碳纤维金属层合板拉伸强度的理论公式为:式(1)中:
σlam—碳纤维金属层合板的拉伸强度;
σmet—金属层的拉伸强度;
Vm—金属层所占体积分数;
Km—金属层的强度贡献系数;
σCFRP—碳纤维层的拉伸强度;
—碳纤维层中正轴方向碳纤维所占体积分数;
—碳纤维层中法向碳纤维所占体积分数;
VRE—碳纤维层中增强树脂所占体积分数;
KCFRP—碳纤维层的强度贡献系数;
σmix—碳纤维金属层合板界面残余应力;
其中, σmet、σCFRP、σmix是与材料自身属性有关的定值,且强度贡献系数为常量;
S2.制备具有不同金属层厚度占比的碳纤维金属层合板试件;
S3.对碳纤维金属层合板试件进行拉伸实验,测定拉伸强度与金属层厚度占比的关联数据;
S4.对得到的关联数据进行曲线拟合,得到金属层和碳纤维层的强度贡献系数;
S5.将金属层和碳纤维层的强度贡献系数作为常量带入碳纤维金属层合板拉伸强度计算公式,确定唯一变量即金属层厚度占比与因变量即碳纤维金属层合板的拉伸强度之间的关系;
S6.对碳纤维金属层合板拉伸强度计算公式进行验证,确定误差范围。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维金属层合板拉伸强度的计算方法,其特征在于,所述步骤S1中,在金属层厚度占比预测碳纤维金属层合板拉伸强度的理论公式基础上,进一步得到:式(2)中:
S—碳纤维金属层合板的铺层面积;
hm—金属层的总厚度;
V总—碳纤维金属层合板总体积;
假设在碳纤维金属层合板中,金属层与碳纤维层均为均质层,且横截面积完全相同;则得到:及
式(3)、(4)中:
h总—碳纤维金属层合板的总厚度;
hf+—碳纤维层中正轴方向碳纤维的厚度;
hm—金属层的厚度;
定义在碳纤维金属层合板中,金属层的厚度与碳纤维金属层合板总厚度的比为POT,则得到:式(4)简化后得到:
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维金属层合板拉伸强度的计算方法,其特征在于,所述步骤S2中,制备碳纤维金属层合板试件的过程为:将碳纤维增强树脂、高强度金属薄板分别加工成碳纤维层试件及金属层试件;对金属层试件的表面进行预处理,具体是用砂纸打磨,然后用氢氧化钠碱洗2~3min,去除表面的氧化膜;在室温下,采用环氧树脂对碳纤维层试件及金属层试件进行固化,静置24h以上,得到碳纤维金属层合板试件。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维金属层合板拉伸强度的计算方法,其特征在于,所述步骤S3中,采用微机控制电子万能试验机进行拉伸试验,采用GB/T228‑2010《金属材料拉伸试验室温试验方法》作为试验标准,加载速度为8~12mm/min。