基于空气炮的碳纤维板高速累积冲击实验

针对目前实验教学中复合材料高速累次冲击实验的复杂性和高难度,该研究以空气炮高速冲击实验系统为基础,设计了一种单位置多次累积冲击实验方案,旨在探索三维编织碳纤维板冲击损伤演化过程。通过使用高速摄影机和复合材料各向异性数值模拟方法,捕捉并对比了冲击前后的速度和应力分布,得出了损伤扩展的4个阶段。此外,碳纤维板在被完全穿透前,仍然保持96%~98%的高吸能比,具有稳定的抗冲击与吸能能力。该实验方案符合教育部实验金课“两性一度”的目标,具有较强的综合性和应用性,可为类似实验教学方案设计提供参考。

多折角梯形台面折纸夹层结构的冲击防护性能

多折角梯形台面折纸(truncated square pyramid,TSP)作为新型折叠结构,具有良好的抗冲击、能量吸收特性并具有模块化易加工的特点。基于此结构模块化形成了单层以及多层夹层板,利用空气炮试验装置研究了背板无支撑的夹层结构以及覆层结构,在不同冲击工况、边界条件下结构的冲击防护性能以及吸能特性。通过测量、对比单层夹层结构的位移时程及冲击后的失效模式,对抗冲击性能进行了评估。利用装于背板的多点压力传感器装置,测量冲击作用下覆层结构对背板不同位置的传递力时程,研究不同工况下的缓冲性能。对于背板无支撑夹层工况,背板的残余位移随冲击速度的增大而增大。对于覆层工况,双层覆层有较好的能量吸收和抗冲击性能,相比于单层表现出更充分的芯层利用率。此外,冲击位置通过改变模块单元的变形模式对覆层结构动态响应产生显著影响,尤其影响传递力峰值和峰值出现时间。研究结果可为TSP防护结构的工程设计和应用提供参考。

中高速冲击下PVB夹层玻璃开裂及碎片特性研究

研究表明玻璃幕墙、汽车风挡等夹层玻璃受冲击破坏时,玻璃碎片是造成次生伤害的主要因素。采用空气炮冲击试验结合高速摄影及数字图像处理技术,进行夹层玻璃开裂及碎片特性的研究,分析了玻璃和PVB厚度及冲击能量对碎片特性的影响。采用金相显微系统从介观尺度(10^-3 mm)观测开裂及碎片产生过程。结果表明,中高速冲击下PVB夹层玻璃碎片破坏模式具有五个阶段;碎片飞溅速度呈现两个阶段,其主导因素为正面玻璃的抗侵彻强度;扇形碎片飞溅能量具有一个明显的峰值,对于优化夹层玻璃防护性能具有重要意义。

碳纤维/环氧树脂复合材料高速冲击性能

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备碳纤维/环氧树脂复合材料,通过空气炮冲击实验研究树脂韧性和碳纤维类型对复合材料抗高速冲击性能的影响,并对高速冲击后的试样进行压缩性能测试,研究高速冲击损伤对复合材料剩余压缩性能的影响。结果表明:树脂的韧性可以降低复合材料遭受高速冲击时的内部损伤程度,大幅提高复合材料的抗高速冲击性能和冲击后剩余压缩性能;T700S碳纤维增强复合材料抗高速冲击性能优于T800H碳纤维增强复合材料;复合材料的破坏模式与冲击速率有关,冲击速率较低时,复合材料弹击面出现圆形凹坑,背弹面出现鼓包;冲击速率较高时,复合材料弹击面出现圆形通孔,背弹面出现沿纤维方向撕裂断口。