玻璃纤维复合材料层合板冲击后的压缩强度

对不同厚度的二维编织环氧玻璃纤维层合板进行落锤冲击试验及冲击后压缩破坏试验,以研究低速冲击对复合材料层合板剩余压缩强度(CAI)的影响。用透光描影及热揭层方法对冲击损伤形式进行描述。讨论了损伤宽度、损伤面积与冲击能量及剩余压缩强度、模量间的关系,并建立有限元模型,采用开口等效及软化夹杂等分析方法对材料的冲击后压缩强度值进行估算。     

复合材料层合板冲击损伤剩余强度分析

民用飞机复合材料结构设计时必须考虑复合材料层合板的冲击损伤.通过试验测量和数值模拟两种方法分析碳纤维增强复合材料层合板低速冲击损伤后的剩余压缩强度,试验采用标准试验规范进行测量,数值模拟分析采用层内渐进损伤模型和层间Cohesive模型模拟分析层合板冲击损伤以及剩余压缩强度.数值模拟与试验结果对比表明,该数值模拟分析方...     

芳纶纤维复合材料低速冲击响应实验研究

芳纶纤维因具有轻质高强、良好耐疲劳性和化学稳定性等优良性能,逐渐成为重要的国防军工材料。选用芳纶单向布和平纹织物设计并制备了不同结构参数的芳纶纤维复合材料层合板,采用落锤冲击试验仪在不同的冲击能量下进行低速冲击实验,根据最大接触力、能量吸收能力和凹陷深度评估层板的抗冲击性能。结果表明,[0/45/-45/90]s单向层合板的接触载荷峰值高于[0/90]s单向层合板和平纹织物层合板,并在高能量冲击下具有优异的能量吸收能力,其损伤区域最小。破坏形貌表明,单向复合材料层合板损伤以分层为主,而平纹织物复合材料层合板以整体塑性大变形为主,这为芳纶纤维复合材料的优化设计及防护应用提供一定的理论指导。     

平纹编织碳纤维增强碳化硅复合材料低速冲击特性及冲击后的压缩强度

采用落锤冲击试验系统对平纹编织碳纤维增强碳化硅复合材料平板试样进行低速冲击,冲击能量为1.5～9J。冲击试验后,采用超声C扫描得到冲击损伤的大小。对含冲击损伤的试样进行压缩试验,通过与未冲击试样的压缩强度比较,得到冲击试样的剩余压缩强度。并对比了编织陶瓷基复合材料和树脂基复合材料的损伤阻抗和损伤容限。结果显示:随着冲击能量的增加,冲击力峰值、复合材料损伤面积和凹坑深度明显增加,到达峰值冲击力的时间减小。冲击能量的增加会导致冲击损伤面积的增加,而损伤面积的增加会导致剩余压缩强度的明显降低。相对于编织纤维增强树脂基复合材料,编织纤维增强陶瓷基复合材料的损伤阻抗较低,但损伤容限较高。     

冲击位置对挖补修理层合板冲击后压缩性能的影响

使用过程中的低速冲击损伤对修理后的复合材料结构同样会造成威胁.设计并进行了复合材料挖补修理结构的低速冲击及冲击后压缩试验,测量了试验件的损伤投影面积和剩余压缩强度,分析了不同冲击位置的影响.结果表明,挖补修理层合板冲击后压缩强度比未修补板的低,挖补层合板对低速冲击位置较为敏感.冲击点离开挖补区一定距离后,挖补对层合板的低速冲击及其继后压缩性能的影响消失.     

CFRP层合板冲击后压缩失效分析数值模拟

复合材料层合板的损伤容限是复合材料结构设计的关键因素。针对碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板低速冲击损伤和压缩破坏问题,本文基于连续损伤力学和粘结单元模型,在ABAQUS中对两种不同冲击能量下的层合板进行了低速冲击和冲击后压缩仿真分析,并对层内和层间损伤进行了研究,分析了层合板的冲击损伤与压缩失效行为,通过与试验结果进行对比,验证了该模型的有效性。研究结果表明:冲击损伤对层合板的剩余压缩强度有着重要影响,试件的破坏开始于冲击损伤区域,并逐渐扩展到层合板的边缘,压缩力快速下降,层合板最终失效。     

CFRP层合板冲击后剩余强度及黏弹性能研究

通过对制备的环氧基碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板进行低速冲击剩余压缩强度试验研究，分析了CFRP层合板的冲击后剩余性能，然后观察CFRP层合板的冲击凹坑回弹现象，分析CFRP层合板的黏弹性能，深入分析冲击过程中能量的吸收与转化。结果表明：当冲击能量越来越大时，CFRP层合板的损伤越来越严重，其剩余压缩强度越来越低；从凹坑边缘到凹坑中心处，CFRP层合板的应变能密度逐渐增大；凹坑回弹部位位于凹坑中心区域附近，呈现局部突起状，最终凹坑剖面近似于不规则“W”形。     

碳纤/环氧复合材料层合板低速冲击损伤机理研究

对[0/90/0/90]_(2s)和[+45/-45/0/90]_(2s)以及平纹布铺层方式的T300/环氧复合材料层合板进行低速冲击实验,在圆形试样的基础上比较不同铺层结构的复合材料在冲击性能方面的差异,从冲击能量传播的角度分析不同铺层结构复合材料的冲击破坏机理。并在ABAQUS有限元模拟的基础上分析冲击破坏的能量传播机理。结果表明冲击能量的传播与复合材料层合板中织物沿厚度方向的铺层结构有关,也与每一层织物内纤维的方向和纤维的空间结构有关。冲击能量在排列很直的纤维中传播很快,沿纤维轴向的损伤更容易传递,所以单向布铺层的复合材料与平纹布铺层的复合材料相比,冲击中心区域的损伤小,但是损伤的范围大,纤维的弯曲会降低冲击能量沿纤维轴向的传播速度,平纹织物中每一层纤维存在交织点,冲击能量集中在冲击中心区域,使得平纹布铺层的复合材料冲击损伤集中于冲击中心处且损伤程度比单向布铺层的复合材料大,出现更多的纤维断裂情况。在铺层复合材料中纤维排列的方向越多,沿纤维轴向传播的能量方向也就越多,冲击能量在每一层的面内传播更均匀,有利于减轻复合材料受冲击的损伤程度。     

金属网对玻璃纤维增强复合材料低速冲击损伤特性的影响

为研究304不锈钢网对玻璃纤维编织复合材料低速冲击损伤特性的影响,利用落锤试验机分别对2 mm厚的不含、含一层和含三层304不锈钢网的玻璃纤维编织复合材料板进行5 J、20 J、40 J和60 J能量下的冲击实验,从层合板载荷峰值、最大凹陷位移、能量吸收和损伤机理等方面,分析不锈钢网对层合板抗冲击性能的影响规律。研究结果表明,当冲击能量未达到层合板击穿能量阈值前,载荷峰值和最大凹陷位移随着冲击能量的增大而增大。三层不锈钢网的加入使得层合板在较小凹陷位移时就能达到最大载荷,具有良好的抗冲击性能。层合板损伤形状呈十字形,损伤程度沿着厚度方向逐渐加深,背面中心点处损伤最为严重。当冲击能量超过层合板能量阈值时,中心区域损伤呈花瓣开裂状,主要损伤模式为纤维拉伸断裂和基体破碎、金属丝拉伸断裂。     

冲头形状对层合板低能量冲击损伤尺寸及剩余压缩强度的影响

为探索冲头形状对层合板低能量冲击损伤尺寸及剩余压缩强度的影响,采用不同形状的冲头对T700/DS1202层合板进行了低能量冲击试验,测量损伤尺寸及其冲击后的剩余压缩强度。结果表明:随着冲击能量等级的增加,锥形冲头造成的损伤更易向深度方向发展,当损伤深度≥0.315 mm时,层合板背部出现裂纹,造成层合板剩余压缩强度退化到90%以下;同时,冲头形状会影响冲击能量门槛值,锥形冲头与圆形冲头的冲击能量门槛值分别为5 J·mm-1、6.67 J·mm-1。     

平纹编织复合材料层板高速冲击损伤机理研究

根据碳纤维平纹编织复合材料层板在高速冲击下的断裂形貌特征,基于能量守恒原理构建层板的能量解析模型。模型考虑弹体动能被层合板的剪切破坏、拉伸断裂、压缩变形、分层损伤以及冲击区运动等损伤模式吸收,最终得到常微分形式的能量平衡方程。方程的几何参数中剪切充塞孔深度由试验弹道极限速度及理论求解得到,裂纹长度和分层损伤区域通过弹道冲击试验测量获得。在验证模型准确性的基础上,研究表明层合板在中速冲击时纤维拉伸断裂损伤吸收最多的能量,而高速冲击时压缩变形成为主要的吸能方式。在整个冲击过程中,较大的分层损伤区域使得基体的能量吸收作用不可忽视。层合板在平头弹冲击下与圆头弹相比吸收了更多的能量。     

碳纤维层合板抗球形弹冲击动态响应特性试验研究

为了研究碳纤维复合材料层合板对球形弹的抗冲击特性,利用一级气炮发射弹体对层合板进行高速冲击试验,通过高速摄像机记录弹靶冲击过程。利用C扫成像及显微镜检测层合板的损伤区域,分析不同速度弹体冲击下层合板的能量吸收率、损伤形式及能量吸收机制的变化规律。研究结果表明:弹体剩余速度随着初始速度的增加先减小后增加,而弹体剩余速度变化率先增大后减小。当弹体初始速度比较低时,层合板主要通过分层吸收弹体动能。随着弹体初始速度增加,层合板的冲击响应时间减小,分层面积下降,纤维断裂成为吸能的主要方式,层合板能量吸收量迅速下降。     

FRP层合板低速冲击损伤特性研究现状与展望

纤维增强复合材料层合板(FRP)由于具有比强度高、比模量高、可设计性强等特性,在工程领域得到越来越广泛的应用。但是低速冲击造成的损伤对层合板力学性能的影响非常显著,导致其强度和刚度下降。本文针对近年来纤维增强复合材料层合板低速冲击作用下的损伤研究进行了综述和回顾,重点介绍了试验研究方法、模拟计算研究方法、FRP层合板损伤性能表征方法,并对有待于进一步研究的问题进行了展望。     

非热压罐预浸料T700SC/#2510层板的低速冲击损伤特性

通过试验研究了一种非热压罐(Out of Autoclave,简称OOA)预浸料T700SC/#2510层压板的低速冲击损伤特性。针对三种典型铺层方案,获得了层压板的凹坑深度-单位厚度冲击能量(d-e)、损伤面积-单位厚度冲击能量(S-e)和冲击后压缩强度-凹坑深度(σ-d)曲线,以及三个批次的该OOA预浸料准各向同性层压板在标准冲击能量6.7J/mm下的剩余压缩强度结果。结果表明,T700SC/#2510材料体系冲击表面损伤不明显,但内部损伤却较大;该OOA预浸料的d-e曲线、S-e曲线和σ-d曲线均存在拐点现象;准各向同性铺层可以吸收更高的冲击能量,但也导致了更大的内部分层损伤;该OOA预浸料的CAI强度满足第二代OOA预浸料的指标。     

二维与三维机织复合材料的力学性能实验研究

通过对超厚三维正交机织复合材料及二维机织层合板分别进行拉伸和压缩实验，研究比较两复合材料刚度和强度特性的差异；研究发现无论是三维机织材料的拉、压，还是二维层合板的拉、压的应力一应变曲线都可近似为直线关系，而且具有脆性破坏的特点；三维复合材料的拉、压强度要高于二维层合板，是由于不同的增强相结构及纤维含量造成；不同的破坏模式对材料强度影响很大。     

复合材料层合板低速冲击后的力学性能试验研究

对特定铺层的5224/CF3052平纹织物复合材料层合板进行了低速冲击和冲击后拉伸、压缩及弯曲试验。探讨了层合板在冲击试验过程中的损伤过程、特征和机理;分析了凹坑深度对层合板冲击后拉伸、压缩和弯曲强度的影响规律。结果表明:冲击后拉伸、压缩及弯曲强度降幅分别为60.9%、50.4%及28.4%,冲击后拉伸强度降幅最大,应引起注意。与冲击后压缩试验结果类似,凹坑深度与冲击后拉伸、弯曲剩余强度关系曲线存在拐点现象。     

含预置分层复合材料层合板低速冲击损伤分析

以T300/QY8911碳纤维复合材料层合板为研究对象，利用三维Hashin失效准则对层内损伤进行预测，引入Cohesive界面单元模拟层间分层破坏，使用Camanho刚度退化准则确定材料参数退化方案，并编写了用户材料子程序Vumat，利用ABAQUS软件对预置不同分层损伤复合材料层合板低速冲击过程进行了数值仿真模拟。在冲击载荷作用下研究层合板的动力学响应，得到不同预置分层对层合板总分层损伤面积的影响，同时分析了冲击过程中冲击点位移随时间变化的规律。结果表明：预置分层位置离层合板中间层越远，层合板抵抗冲击承载能力越弱。预置分层的分层数目越多，层合板的刚度越低，层合板抵抗冲击承载能力越弱。在预置分层的两侧，层间分层损伤面积呈塔状分布。含预置分层层合板受到冲击时，预置分层对分层损伤的扩展具有一定的抑制作用。     

准静态压痕作用下复合材料层合板损伤阻抗与损伤容限实验研究

参照标准实验方法,开展了复合材料层合板对准静态压痕力的损伤阻抗和损伤容限实验研究,获取了接触力、压痕深度、压头位移等实验数据,并对含静压痕损伤层合板进行了剩余压缩强度试验。研究了压痕深度-接触力与剩余压缩强度-压痕深度的变化关系,并讨论了准静态压痕过程中的损伤演变过程和层合板的压缩破坏模式。结果表明:当层合板表面出现目视勉强可见压痕时,初始损伤发生,压痕深度随接触力增大而明显增大,同时剩余压缩强度随压痕深度增加而明显降低;当达到最大接触力时,层合板失去承载能力,背面可看到大量纤维断裂。对于含静压痕损伤的层合板,压缩破坏模式为贯穿损伤区域的层合板断裂。     

VARTM成型双轴向经编织物层板及其冲击性能研究

由于经编织物在成本和性能上具有巨大优势,已被广泛应用于能源、交通、飞行器、运动器材等领域。针对双轴向(!45/-45)碳纤维经编织物层板,采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备了[(45/-45)/(0/90)]2s(Layup-1)和[(60/-30)(-60/30)(0/90)]s(Layup-2)两种不同厚度和铺层的层合板,并检测了板的成型质量和纤维体积含量;研究了两种层合板的落锤冲击性能和冲击后的压缩强度。结果表明,通过合理控制工艺参数,可以制备出成型质量均匀且纤维体积含量可达54. 2%的层合板。并且,Layup-1层合板可承受更高的冲击载荷,并具有较高的剩余压缩强度。而Layup-2层合板具有更大的抵抗冲击变形的能力和吸收更多冲击能的能力,在冲击过程中具有明显的损伤发生和损伤累积过程,但其冲击后的压缩强度比Layup-1稍低。     

平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能研究

为研究平纹编织面板蜂窝夹芯结构的侧向压缩性能,将蜂窝夹芯结构失效分为面板失效、蜂窝芯失效和胶层失效,基于渐进损伤分析方法建立蜂窝夹芯结构侧向压缩的损伤分析模型,对平纹编织面板蜂窝夹芯结构进行侧向压缩失效预测,与侧压性能试验结果相比,破坏强度非常吻合。结果表明,建立的侧向压缩损伤分析模型能够模拟平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧向压缩的损伤起始、损伤扩展和最终破坏,并最终预测其侧压破坏强度。