三维五向编织复合材料低速冲击损伤区域的量化表征

低速冲击损伤区域的可视化和量化表征对提高三维编织复合材料构件可靠性和承载效率极具意义。以三维五向编织复合材料为研究对象,使用落锤冲击仪对20°和40°编织试样开展了100 J低速冲击试验。在此基础上,利用Micro-CT对内部损伤区域进行了图像采集,并建立了基于阈值的整体损伤自动提取方法。之后,沿面内两个方向将损伤分别分割8部分获取了各截面的正面凹坑深度、背面凸起高度、损伤扩展长度、损伤面积和损伤体积等数据,并进行了三维统计分析。
结果表明,损伤沿着冲击中心向四周拓展并呈现对称性,主要损伤分布依次是纤维损伤、基体损伤和界面脱粘。同时,20°编织试样比40°编织试样损伤更严重,且沿着轴纱方向,两种编织角试样的损伤扩展值更大。其中, 20°样品轴向损伤扩展长度和损伤堆叠面积分别可达50.481 mm和437.039 mm²,均远超过对应横向的23.582 mm和104.004 mm²。