不同铺层复合材料夹芯结构低速冲击与冲击后剩余强度研究
发布时间：2021-11-28 07:51
本文使用碳纤维平纹编织预浸料和单向预浸料以及巴沙木,制备了三种不同铺层结构的碳纤维夹芯板。选用5 J、15 J、25 J、35 J以及45 J的冲击能量,对这三种复合材料夹芯结构进行低速冲击及冲击后压缩试验,来研究不同面板铺层类型对夹芯板低速冲击性能以及冲击后剩余压缩强度的影响。结果表明,不同铺层结构的碳纤维夹芯板在受到低速冲击和冲击后压缩测试时的损伤失效形式不同,三种夹芯板的低速冲击损伤面积、凹坑深度、分层面积、冲击响应曲线以及冲击后压缩强度下降比例均有较大的差异。在这三种铺层方式中,碳纤维单向预浸料准各向同性铺层的试样表现出较高的抗冲击载荷能力。
【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020,(11)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
夹芯结构示意图
将冲击后的试样置于标准夹具中,压缩试验夹具如图2所示。冲击后压缩试验按照标准ASTM D7137/D7137M-17进行。将试样与夹具放在电子万能试验机上进行压缩试验,得到试样的冲击后剩余压缩强度(Compressive Strength After Impact,CAI)。试验过程采用位移控制方式进行加载,加载速度为0.5 mm/min,每组试验测试三个样品。3 试验结果与分析
当冲击能量为5 J时,试样分层损伤不明显。当冲击能量大于25 J时,夹芯结构上面板出现裂纹,进行C扫时水分会侵入夹芯结构内部,影响C扫结果,同时对内部结构产生破坏,无法得到试样真实的分层情况。所以选取三组试样在15 J冲击能量下的C扫图像来分析三种结构的分层形式。从图4可以看到A组试样损伤面积最小,中间显示一个空白区域,其原因可能是凹坑深度较大,导致反射的超声波信号无法被探头监测到。在凹坑外围未检测出明显的分层区域,说明分层损伤未向冲击区域外大范围扩展。B组试样显现出严重的分层损伤,损伤面积最大,形貌近似椭圆。这是因为分层损伤主要沿着纤维方向进行扩展,同时由于边界条件的约束,90°方向损伤直径小于0°方向,所以呈现出类似花生壳的椭圆形。C组试样也出现了分层损伤,但是分层面积小于B组,由于损伤沿着0°、90°、45°、-45°四个方向进行扩展[16],便呈现出特征的“花瓣形”。使用深度计测量每组试样的凹坑深度,通过ImageJ对试样照片进行处理得到每个试样的损伤区域面积大小,相关结果如表3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PMI泡沫对碳纤维复合材料抗低速冲击性能的影响[J]. 王士杰,孙泽玉,陶雷,杨青,杜宇,代兰奎,熊风,朱姝,张辉,余木火. 玻璃钢/复合材料. 2019(08)
[2]含超材料的新型蜂窝夹层结构吸波复合材料[J]. 礼嵩明,吴思保,王甲富,鹿海军,邢丽英. 航空材料学报. 2019(03)
[3]碳纤维复合材料-泡沫铝夹芯板的冲击响应[J]. 肖先林,王长金,赵桂平. 振动与冲击. 2018(15)
[4]基于连续介质损伤力学的复合材料层合板低速冲击损伤模型[J]. 拓宏亮,马晓平,卢智先. 复合材料学报. 2018(07)
[5]新型轻质复合材料夹芯结构振动阻尼性能研究进展[J]. 马力,杨金水. 应用数学和力学. 2017(04)
[6]碳纤/环氧复合材料层合板低速冲击损伤机理研究[J]. 吴盼,阎建华,俞建勇,顾海麟. 玻璃钢/复合材料. 2016(03)
[7]夹层结构冲击动力学研究综述[J]. 肖锋,谌勇,章振华,马超,华宏星. 振动与冲击. 2013(18)
[8]复合材料层合板低速冲击损伤容限的改进方法和影响因素[J]. 程小全,吴学仁. 高分子材料科学与工程. 2002(03)
博士论文
[1]航空复合材料典型结构低能量冲击损伤及动力响应研究[D]. 何艳斌.华南理工大学 2016
[2]复合材料泡沫夹层结构低速冲击与冲击后压缩性能研究[D]. 王杰.上海交通大学 2013
本文编号：3524016
【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020,(11)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
夹芯结构示意图
将冲击后的试样置于标准夹具中,压缩试验夹具如图2所示。冲击后压缩试验按照标准ASTM D7137/D7137M-17进行。将试样与夹具放在电子万能试验机上进行压缩试验,得到试样的冲击后剩余压缩强度(Compressive Strength After Impact,CAI)。试验过程采用位移控制方式进行加载,加载速度为0.5 mm/min,每组试验测试三个样品。3 试验结果与分析
当冲击能量为5 J时,试样分层损伤不明显。当冲击能量大于25 J时,夹芯结构上面板出现裂纹,进行C扫时水分会侵入夹芯结构内部,影响C扫结果,同时对内部结构产生破坏,无法得到试样真实的分层情况。所以选取三组试样在15 J冲击能量下的C扫图像来分析三种结构的分层形式。从图4可以看到A组试样损伤面积最小,中间显示一个空白区域,其原因可能是凹坑深度较大,导致反射的超声波信号无法被探头监测到。在凹坑外围未检测出明显的分层区域,说明分层损伤未向冲击区域外大范围扩展。B组试样显现出严重的分层损伤,损伤面积最大,形貌近似椭圆。这是因为分层损伤主要沿着纤维方向进行扩展,同时由于边界条件的约束,90°方向损伤直径小于0°方向,所以呈现出类似花生壳的椭圆形。C组试样也出现了分层损伤,但是分层面积小于B组,由于损伤沿着0°、90°、45°、-45°四个方向进行扩展[16],便呈现出特征的“花瓣形”。使用深度计测量每组试样的凹坑深度,通过ImageJ对试样照片进行处理得到每个试样的损伤区域面积大小,相关结果如表3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PMI泡沫对碳纤维复合材料抗低速冲击性能的影响[J]. 王士杰,孙泽玉,陶雷,杨青,杜宇,代兰奎,熊风,朱姝,张辉,余木火. 玻璃钢/复合材料. 2019(08)
[2]含超材料的新型蜂窝夹层结构吸波复合材料[J]. 礼嵩明,吴思保,王甲富,鹿海军,邢丽英. 航空材料学报. 2019(03)
[3]碳纤维复合材料-泡沫铝夹芯板的冲击响应[J]. 肖先林,王长金,赵桂平. 振动与冲击. 2018(15)
[4]基于连续介质损伤力学的复合材料层合板低速冲击损伤模型[J]. 拓宏亮,马晓平,卢智先. 复合材料学报. 2018(07)
[5]新型轻质复合材料夹芯结构振动阻尼性能研究进展[J]. 马力,杨金水. 应用数学和力学. 2017(04)
[6]碳纤/环氧复合材料层合板低速冲击损伤机理研究[J]. 吴盼,阎建华,俞建勇,顾海麟. 玻璃钢/复合材料. 2016(03)
[7]夹层结构冲击动力学研究综述[J]. 肖锋,谌勇,章振华,马超,华宏星. 振动与冲击. 2013(18)
[8]复合材料层合板低速冲击损伤容限的改进方法和影响因素[J]. 程小全,吴学仁. 高分子材料科学与工程. 2002(03)
博士论文
[1]航空复合材料典型结构低能量冲击损伤及动力响应研究[D]. 何艳斌.华南理工大学 2016
[2]复合材料泡沫夹层结构低速冲击与冲击后压缩性能研究[D]. 王杰.上海交通大学 2013
本文编号：3524016
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