具有Kevlar短纤维界面增韧的碳纤维/铝蜂窝夹芯板冲击后压缩性能

碳纤维夹芯板受到冲击载荷后易发生分层损伤,在工程应用中严重影响结构安全。首先对碳纤维/铝蜂窝夹芯板界面进行Kevlar短纤维增韧设计;其次对比研究了Kevlar短纤维界面增韧及未增韧夹芯板的低速冲击行为和冲击后压缩行为,将其冲击后剩余压缩强度、能量吸收及破坏模式进行对比;最后运用数字图像相关技术(DIC)获取增韧及未增韧试件在冲击后压缩过程中的应变云图。结果表明:低速冲击过程中,Kevlar短纤维增韧可以有效提高碳纤维/铝蜂窝夹芯板的冲击损伤阻抗,增韧试件的临界损伤阈值载荷明显高于未增韧试件;相比于未增韧试件,4种冲击能量下增韧试件的冲击后剩余压缩强度(CAI)值分别提高了2.68%、9.24%、4.65%、11.13%,能量吸收分别提高了69.09%、52.88%、55.03%、101.70%;对碳纤维/铝蜂窝夹芯板冲击后压缩过程中的DIC观测,进一步验证了芳纶短纤维对界面的增韧效果,并揭示了增韧界面对结构的增强机制。

Kevlar短纤维增韧碳纤维/铝蜂窝夹芯板三点弯曲与面内压缩性能

介绍了碳纤维/铝蜂窝夹芯结构的Kevlar短纤维界面增韧方法。通过三点弯曲实验和面内压缩实验,对比增韧试件与未增韧试件的载荷位移曲线、破坏模式等特征,发现未增韧试件往往先发生界面分层破坏,继而面板和芯体分别发生局部破坏;而增韧试件通常发生整体破坏。实验数据显示,Kevlar短纤维界面增韧可以使碳纤维/铝蜂窝夹芯板的抗弯强度、压缩强度、能量吸收等力学性能分别至少提高14.06%、55.80%和61.53%。对破坏后界面的SEM观测发现:增韧试件并未发生界面脱粘,而是由于芯体撕裂造成面/芯剥离,揭示了Kevlar短纤维的界面增韧机制。对具有Kevlar短纤维界面增韧的碳纤维/铝蜂窝夹芯结构进行有限元建模,并分别对其在三点弯曲和面内压缩载荷下的力学行为进行数值分析,以指导该类夹芯结构的分析与设计。