低速冲击与准静态压痕力下复合材料层合板的损伤等效性

低速冲击与集中准静态压痕(QSI)力对复合材料层合板所造成的损伤具有等效性。通过两类损伤方式对比试验,获得了冲击能量(或准静态压痕力)与层合板损伤面积、损伤宽度和凹坑深度3组对应关系。3组关系的对比分析表明,凹坑深度是表征损伤的最佳参数,因此将凹坑深度作为损伤参数来建立落锤冲击损伤与准静态压痕力损伤间的等效关系。发现拐点是层合板纤维和基体整体抵抗冲击(或准静态压痕力)能力的最大值,两类试验的拐点相差很小,且两类试验变化趋势相同,说明了用集中准静态压痕试验取代落锤低速冲击试验是可行的。对相同凹坑深度下的冲击能量与准静态压痕力进行了数值分析,并提出了冲击能量与准静态压痕力间的等效性公式。研究表明,文中建立的等效性公式能够很好地反映落锤冲击能量与准静态压痕力之间的关系,可为今后由集中准静态压痕试验代替落锤冲击试验提供理论支持。

层间增韧复合材料在静压痕力下的损伤阻抗和渐进损伤分析

在复合材料层合板层间植入韧性层是提高复合材料韧性和抗冲击能力的有效方法。为了研究层间增韧对层合板损伤阻抗的改善作用,文中通过准静态压痕试验研究层间增韧复合材料在准静态压痕力下的损伤和破坏行为,利用超声C扫描测量分层损伤面积。试验结果表明,层间增韧复合材料具有较高的分层起始载荷和分层起始能量,损伤阻抗显著提高。在相同的载荷水平下,具有较小的分层损伤面积。文中还采用有限元方法对层间增韧复合材料在静压痕力下的分层和铺层失效进行数值分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好。

层间颗粒增韧HT3/QY8911的损伤阻抗和损伤容限

采用热塑性颗粒对双马基体复合材料层合板HT3/QY8911进行层间增韧,制备未加入增韧颗粒的对比件和加入增韧颗粒的改性件。通过准静态压痕(QSI)实验和冲击后压缩实验,研究了层间增韧后HT3/QY8911的损伤阻抗和损伤容限特性。结果和分析表明,改性件在静压痕力下具有较高的分层起始载荷,或在相同载荷水平下具有较小的损伤面积。提出从分层起始点载荷大小和载荷下降程度两方面来衡量试件对准静压痕力的响应。在相同的静压痕力或单位厚度冲击能量下,层间增韧后的HT3/QY8911具有较深的凹坑,表明塑性变形较大的层间区域以凹坑为代价换取了较小的损伤面积,具有较高的损伤阻抗。在冲击后压缩面积相差不大的情况下,层间增韧件的冲击后压缩强度和压缩破坏应变显著增加。