碳纤维复合材料假脚冲击与压缩强度试验
发布时间：2021-07-29 18:53
碳纤维复合材料已成功应用于假肢领域产品的开发,然而其对冲击载荷比较敏感,受冲击后其强度将会大幅下降。针对一种新型碳纤维复合材料假脚,开展自由落体冲击试验及冲击后压缩强度试验,分析不同铺层参数、不同冲击吸收能量等因素对其冲击损伤及剩余强度的影响规律。结果表明,对于碳纤维复合材料假脚的U形结构件,不同铺层参数对其冲击损伤影响显著,且随着0°铺层含量的增加,试件的冲击损伤面积越来越小,外观损伤越来越轻;随着冲击吸收能量的增加,碳纤维结构件的冲击损伤面积明显增大,剩余压缩强度逐渐降低。对于碳纤维复合材料假脚结构件,在016 J的低能冲击范围内,冲击吸收能量与其剩余压缩强度近似呈线性关系。随着0°铺层含量的增加,碳纤维复合材料结构件的剩余压缩强度逐渐提高。
【文章来源】：机械工程学报. 2016,52(22)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
碳纤维复合材料假脚试件件的基本参数
月2016年11月王双情等：碳纤维复合材料假脚冲击与压缩强度试验57图2假脚静态压缩强度试验机表2无冲击损伤试件静态压缩强度试件编号破坏应力/MPa平均破坏应力/MPaB00-017.97B00-028.857.87B00-036.78D00-0114.21D00-0213.8414.09D00-0314.22图3未受冲击试件压缩断裂外观照片碳纤维假脚的冲击损伤及其剩余静强度的影响规律，本文选择3种铺层参数、3种冲击吸收能量进行研究。在分析铺层参数的影响规律时，固定冲击吸收能量为22J，铺层参数选择表1中的A、B、C3种铺层；在分析冲击吸收能量的影响规律时，固定铺层参数为表1中的D铺层，选择冲吸收击能量分别为4J、10J、16J的3种冲击吸收能量。3.1试验设备由于自由落体式冲击可以很好地再现诸如外物撞击、维修工具坠落等低能冲击，故本试验采用落锤冲击试验机对碳纤维假脚进行冲击损伤预制，试验设备如图4所示。冲击设备的导轨高度为150cm。冲击锤锤体为圆柱形，其端部为半球形，直径是45mm，质量为1.5kg。在试验过程中，通过调整冲头下落高度来改变冲击吸收能量，并采用特殊装置以避免冲头反弹后下落造成二次冲击。图4落锤冲击试验装置3.2冲击损伤检测3.2.1不同铺层参数试件冲击损伤检测对于A、B、C3种不同铺层参数的试件，其冲击后的外观损伤图形如图5所示。图中，白色曲线包围的区域为正表面的冲击损伤处。从图5中可以看出，在相同冲击吸收能量下，试件C22正面损伤不明显，背面出现轻微裂纹；试件B22在正面出现了局部压痕，且呈内凹形，背面正中心向外拱起并出现纤维断裂现象；与B22相比，试件A22正面凹痕更深，背面正中心向外拱起现象更严重，并且纤维断裂、分层等损伤更突出。各试件外观损伤的相关数据见表3。冲击试验结束后，利用X光机对各试件进行无损检?
月2016年11月王双情等：碳纤维复合材料假脚冲击与压缩强度试验57图2假脚静态压缩强度试验机表2无冲击损伤试件静态压缩强度试件编号破坏应力/MPa平均破坏应力/MPaB00-017.97B00-028.857.87B00-036.78D00-0114.21D00-0213.8414.09D00-0314.22图3未受冲击试件压缩断裂外观照片碳纤维假脚的冲击损伤及其剩余静强度的影响规律，本文选择3种铺层参数、3种冲击吸收能量进行研究。在分析铺层参数的影响规律时，固定冲击吸收能量为22J，铺层参数选择表1中的A、B、C3种铺层；在分析冲击吸收能量的影响规律时，固定铺层参数为表1中的D铺层，选择冲吸收击能量分别为4J、10J、16J的3种冲击吸收能量。3.1试验设备由于自由落体式冲击可以很好地再现诸如外物撞击、维修工具坠落等低能冲击，故本试验采用落锤冲击试验机对碳纤维假脚进行冲击损伤预制，试验设备如图4所示。冲击设备的导轨高度为150cm。冲击锤锤体为圆柱形，其端部为半球形，直径是45mm，质量为1.5kg。在试验过程中，通过调整冲头下落高度来改变冲击吸收能量，并采用特殊装置以避免冲头反弹后下落造成二次冲击。图4落锤冲击试验装置3.2冲击损伤检测3.2.1不同铺层参数试件冲击损伤检测对于A、B、C3种不同铺层参数的试件，其冲击后的外观损伤图形如图5所示。图中，白色曲线包围的区域为正表面的冲击损伤处。从图5中可以看出，在相同冲击吸收能量下，试件C22正面损伤不明显，背面出现轻微裂纹；试件B22在正面出现了局部压痕，且呈内凹形，背面正中心向外拱起并出现纤维断裂现象；与B22相比，试件A22正面凹痕更深，背面正中心向外拱起现象更严重，并且纤维断裂、分层等损伤更突出。各试件外观损伤的相关数据见表3。冲击试验结束后，利用X光机对各试件进行无损检?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Fuzzy-CMAC的人体假肢系统智能控制方法研究[J]. 喻洪流,徐兆红,卢博睿,张定国. 中国生物医学工程学报. 2012(01)
[2]复合材料层合板低速冲击损伤影响因素分析[J]. 屈天骄,郑锡涛,范献银,郑晓霞. 航空材料学报. 2011(06)
[3]冲击后复合材料板剩余抗拉强度影响因素分析[J]. 崔海坡,温卫东,徐颖. 机械工程学报. 2008(02)
[4]现代高分子材料在假肢矫形技术领域中的应用[J]. 刘劲松,刘志泉. 中国康复理论与实践. 2004(10)
本文编号：3309865
【文章来源】：机械工程学报. 2016,52(22)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
碳纤维复合材料假脚试件件的基本参数
月2016年11月王双情等：碳纤维复合材料假脚冲击与压缩强度试验57图2假脚静态压缩强度试验机表2无冲击损伤试件静态压缩强度试件编号破坏应力/MPa平均破坏应力/MPaB00-017.97B00-028.857.87B00-036.78D00-0114.21D00-0213.8414.09D00-0314.22图3未受冲击试件压缩断裂外观照片碳纤维假脚的冲击损伤及其剩余静强度的影响规律，本文选择3种铺层参数、3种冲击吸收能量进行研究。在分析铺层参数的影响规律时，固定冲击吸收能量为22J，铺层参数选择表1中的A、B、C3种铺层；在分析冲击吸收能量的影响规律时，固定铺层参数为表1中的D铺层，选择冲吸收击能量分别为4J、10J、16J的3种冲击吸收能量。3.1试验设备由于自由落体式冲击可以很好地再现诸如外物撞击、维修工具坠落等低能冲击，故本试验采用落锤冲击试验机对碳纤维假脚进行冲击损伤预制，试验设备如图4所示。冲击设备的导轨高度为150cm。冲击锤锤体为圆柱形，其端部为半球形，直径是45mm，质量为1.5kg。在试验过程中，通过调整冲头下落高度来改变冲击吸收能量，并采用特殊装置以避免冲头反弹后下落造成二次冲击。图4落锤冲击试验装置3.2冲击损伤检测3.2.1不同铺层参数试件冲击损伤检测对于A、B、C3种不同铺层参数的试件，其冲击后的外观损伤图形如图5所示。图中，白色曲线包围的区域为正表面的冲击损伤处。从图5中可以看出，在相同冲击吸收能量下，试件C22正面损伤不明显，背面出现轻微裂纹；试件B22在正面出现了局部压痕，且呈内凹形，背面正中心向外拱起并出现纤维断裂现象；与B22相比，试件A22正面凹痕更深，背面正中心向外拱起现象更严重，并且纤维断裂、分层等损伤更突出。各试件外观损伤的相关数据见表3。冲击试验结束后，利用X光机对各试件进行无损检?
月2016年11月王双情等：碳纤维复合材料假脚冲击与压缩强度试验57图2假脚静态压缩强度试验机表2无冲击损伤试件静态压缩强度试件编号破坏应力/MPa平均破坏应力/MPaB00-017.97B00-028.857.87B00-036.78D00-0114.21D00-0213.8414.09D00-0314.22图3未受冲击试件压缩断裂外观照片碳纤维假脚的冲击损伤及其剩余静强度的影响规律，本文选择3种铺层参数、3种冲击吸收能量进行研究。在分析铺层参数的影响规律时，固定冲击吸收能量为22J，铺层参数选择表1中的A、B、C3种铺层；在分析冲击吸收能量的影响规律时，固定铺层参数为表1中的D铺层，选择冲吸收击能量分别为4J、10J、16J的3种冲击吸收能量。3.1试验设备由于自由落体式冲击可以很好地再现诸如外物撞击、维修工具坠落等低能冲击，故本试验采用落锤冲击试验机对碳纤维假脚进行冲击损伤预制，试验设备如图4所示。冲击设备的导轨高度为150cm。冲击锤锤体为圆柱形，其端部为半球形，直径是45mm，质量为1.5kg。在试验过程中，通过调整冲头下落高度来改变冲击吸收能量，并采用特殊装置以避免冲头反弹后下落造成二次冲击。图4落锤冲击试验装置3.2冲击损伤检测3.2.1不同铺层参数试件冲击损伤检测对于A、B、C3种不同铺层参数的试件，其冲击后的外观损伤图形如图5所示。图中，白色曲线包围的区域为正表面的冲击损伤处。从图5中可以看出，在相同冲击吸收能量下，试件C22正面损伤不明显，背面出现轻微裂纹；试件B22在正面出现了局部压痕，且呈内凹形，背面正中心向外拱起并出现纤维断裂现象；与B22相比，试件A22正面凹痕更深，背面正中心向外拱起现象更严重，并且纤维断裂、分层等损伤更突出。各试件外观损伤的相关数据见表3。冲击试验结束后，利用X光机对各试件进行无损检?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Fuzzy-CMAC的人体假肢系统智能控制方法研究[J]. 喻洪流,徐兆红,卢博睿,张定国. 中国生物医学工程学报. 2012(01)
[2]复合材料层合板低速冲击损伤影响因素分析[J]. 屈天骄,郑锡涛,范献银,郑晓霞. 航空材料学报. 2011(06)
[3]冲击后复合材料板剩余抗拉强度影响因素分析[J]. 崔海坡,温卫东,徐颖. 机械工程学报. 2008(02)
[4]现代高分子材料在假肢矫形技术领域中的应用[J]. 刘劲松,刘志泉. 中国康复理论与实践. 2004(10)
本文编号：3309865
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