[发明专利]一种碳纤维复合芯导线的老化寿命评估方法

说明书

本发明一种碳纤维复合芯导线的老化寿命评估方法，通过以下步骤来实现的。步骤一、基于时间‑温度等效原理对复合芯导线的蠕变试验数据进行移位处理，得到相应的时间‑温度移位因子。步骤二、基于时间‑应力等效原理对步骤一处理得到的试验结果进行移位处理，得到相应的时间‑应力移位因子。步骤三、利用时间‑温度‑应力等效原理对碳纤维复合芯导线进行评估。步骤四、利用改进的范德利(Findley)模型对上述处理得到的蠕变应变主曲线进行拟合。本发明统筹考虑了新型碳纤维复合芯导线在实际使用过程中，温度和应力对导线蠕变行为的影响，可以很好地应用于新型碳纤维复合芯导线的寿命预测。

【技术领域】

本发明涉及一种碳纤维复合芯导线的老化寿命评估方法。属于可靠性工程和寿命评估领域。

【背景技术】

碳纤维复合芯导线(ACCC)是由高导电软铝线绞制在碳纤维复合芯上制成，该新型导线具有高强、轻质和低垂度等显著特点，是一种节能、环保型导线，在高压架空导线上有广泛应用前景。其中，碳纤维复合芯是该导线的关键承载部件，尽管碳纤维复合芯在短期机械性能和热性能方面优势显著，但在实际运行中会受到湿热等环境因素影响，导线自重与风振也会对复合芯产生一定的载荷作用，长期高温高载下复合芯必定产生蠕变行为。

蠕变是树脂基复合材料的一种宏观变形，由基体材料的黏弹性流动引起，其蠕变现象和机理很复杂。时间-温度-应力等效原理是连接黏弹性和性能评估之间的一座重要桥梁，被广泛运用于高聚物中。时间-温度-应力等效原理指出，高聚物的同一个力学松弛现象，既可以在较高温度下较短时间内观察到，也可以在较低温度下较长时间内观察到。

基于上述缺点，本发明首先利用疲劳试验机对复合芯棒进行了加速蠕变测试，得到不同温度(T₀、T₁、T₂)及不同应力(σ₀、σ₁、σ₂)作用下的碳纤维棒材的蠕变应变曲线，然后利用时间-温度-应力等效原理，建立了一种碳纤维复合芯导线的老化寿命评估方法，来解决上述问题。

【发明内容】

1.目的：本发明的目的是提供一种应用于碳纤维复合芯导线的老化寿命的评估方法，以预测此种导线的使用寿命。

2.技术方案：本发明一种碳纤维复合芯导线的老化寿命评估方法，通过以下步骤来实现的。

步骤一、基于时间-温度等效原理对复合芯导线的蠕变试验数据进行移位处理，得到相应的时间-温度移位因子。本文中用到的碳纤维复合芯材料属于黏弹性材料，对于黏弹性材料来说，升高温度与延长时间对材料的蠕变行为的影响相当，即改变温度尺度和改变时间尺度是等效的，称之为时间-温度等效原理。这种等效性可以通过对数坐标轴的平移来实现。如图1所示。

本文选取了三种试验应力水平和三种试验温度水平。对于试验应力水平的选择，由于碳纤维复合芯强度为2000MPa，应力水平分别取强度值的25％(即正常使用应力)，50％和90％，即σ₀＝500MPa，σ₁＝1000MPa，σ₂＝1800MPa；对于试验温度水平的选取，据研究表明，时间-温度等效原理在材料接近玻璃态温度(碳纤维复合芯的玻璃态温度T_g＝161.5℃)时能得到更精确的结果，故选取的试验温度水平为接近玻璃态温度的两种温度水平和使用温度水平，即T₀＝25℃，T₁＝140℃，T₂＝160℃。