穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击性能试验研究

针对普通泡沫夹层复合材料层间性能较弱的问题,提出在泡沫上预先打孔的方法,在泡沫芯材中形成胶钉从而提高泡沫夹层材料的力学性能,并对穿孔泡沫夹层复合材料的低速冲击性能进行了研究。通过手糊和真空辅助成形工艺制备穿孔泡沫夹层复合材料试验件,对其进行不同能量的低速冲击试验,记录接触力、冲头位移和能量吸收率等力学响应,并采用目视检测和超声C扫无损检测两种方法确定冲击损伤的范围,探究胶钉密度、打孔深度和泡沫槽宽等变量对穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击阻抗性能的影响。试验结果表明,随着冲击能量的增加,最大接触力、最大冲头位移和残余变形均增加,凹坑深度和内部损伤面积也增大,同时结构的能量吸收率也有所提高;适当地增加胶钉密度和泡沫槽宽能提高穿孔泡沫夹层材料的低速冲击阻抗性能,而泡沫孔深度对其冲击性能的影响较小。

GFRP增强圆钢管在低速冲击荷载作用下的应变率效应

讨论了玻璃纤维/环氧树脂复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)增强 Q235圆钢管在低速冲击荷载作用下的应变率效应。通过轴压试验和轴向低速冲击试验获得了试件在准静态和低速冲击状态下的力学响应(轴向荷载及轴向位移),为后续仿真工作提供了依据。编写了可以考虑初始失效、损伤演化及应变率效应的 GFRP材料子程序(VUMAT),并基于ABAQUS 对构件的轴压及轴向冲击过程进行了仿真再现。通过仿真将不考虑应变率效应、只考虑钢管应变率效应、只考虑 GFRP 应变率效应、考虑钢管及 GFRP 应变率效应 4 种情况下的结果进行了对比分析。

形状记忆合金增强复合材料力学试验分析

针对碳纤维树脂基复合材料抗冲击性能差的问题,本文提出了一种内嵌超弹性形状记忆合金丝的碳纤维树脂基复合材料(SMA-CFRP)。采用热压罐成型工艺,选用SMA铺设层数、SMA铺设方向两个参数成型了4种CFRP复合材料样件,分别对其进行了单轴拉伸、低速冲击及三点弯曲试验。由于超弹性SMA丝具有独特的相变机制,在试验加载过程中,承受了准静态或动态载荷并吸收了部分能量,因此相较于CFRP,SMA-CFRP的极限拉伸强度最高提升了7.71%,且抗冲击性能显著提升。试验结果表明,内嵌超弹性SMA能显著改善CFRP在准静态和低速冲击载荷下的力学性能。

剪切增稠液体的缓冲机理和力学性能

剪切增稠液体(STF)是一种将纳米或微米级的颗粒分散到牛顿流体中而形成的非均质颗粒悬浮液。当冲击发生时,其表观黏度发生大幅度增大而变黏稠。冲击结束后,体系表观黏度降低,重新转变为液体。通过颗粒拥堵模型,解释了剪切增稠液体在冲击过程中的耗能机理,同时计算了冲击杆在冲击过程中的加速度响应。采用低速冲击试验,测试了其抗冲击特性,与传统吸能材料AV-200进行了吸能对比;结果表明:颗粒拥堵模型合理解释了低速冲击试验中出现的局部硬化现象,规避了传统方法中边界对剪切增稠液体的影响问题。剪切增稠液体具有优异的缓冲特性。理论分析结果与试验结果的良好吻合验证了理论方法的有效性。该研究为剪切增稠液体在缓冲领域的应用提供了参考。