变厚度三维机织复合材料的抗冲击性能

为解决变厚度层合复合材料受到载荷时易分层导致其力学性能变差的问题,使用800 tex玄武岩纱线作为经纬纱,采用分层角联锁结构设计并织造了整体性优异的连续变厚度三维机织物,并采用树脂传递模塑工艺制备了树脂基变厚度三维机织复合材料,同时织造了同纬铺层和同经铺层2种不同结构的层合复合材料进行对比测试。然后对变厚度层合复合材料分别进行25、50、75、100 J的不同冲击能低速冲击实验,并通过单独分析冲击能为100 J时3种复合材料的损伤面积探究其损伤机制。结果表明:在冲击能为25、50、75 J时,变厚度三维机织复合材料与同纬铺层结构复合材料的刚度退化呈现高度一致性,二者抗冲击能力均优于同经铺层结构复合材料,变厚度三维机织复合材料损伤载荷大于2种铺层复合材料;层合材料受到冲击损伤时,因其层间无纱线连接,能量在材料层间传播时消耗,从而产生较大范围的分层损伤;而变厚度三维机织复合材料具有层间连接的经纱,受到冲击时应力在材料经纱连接作用下内部不断传播导致材料整体受载,因此具有更高的损伤容限。

Vectran织物复合材料冲击响应与失效模式分析

文章以Vectran纤维织物与涂覆低温硅胶的Vectran织物复合材料为研究对象,通过低速冲击实验研究了材料的冲击响应与破坏模式,分析了冲击速率、冲头尺寸与冲头形状对材料冲击特性的影响。实验结果表明:Vectran纤维织物冲击破坏模式主要为主纱线的拉伸破坏,以及冲头非接触区域纱线的弹塑性变形与滑移;涂覆硅胶的Vectran织物复合材料冲击破坏模式主要为纤维断裂和拔出;织物复合材料具有明显的应变速率效应。

编织复合材料低速冲击响应与破坏模式分析

以碳纤维编织复合材料和芳纶编织复合材料为研究对象,研究了编织复合材料的低速冲击响应和破坏模式,分析了冲击速度对材料冲击特性的影响。试验结果表明:碳纤维编织复合材料为脆性断裂,以纤维剪切断裂为主,伴随基体沿纤维编织方向开裂,并与纤维脱粘;芳纶编织复合材料的破坏模式以纤维拉伸断裂为主,基体沿着以应力集中处为中心的十字形方向开裂,纤维出现原纤化;碳纤维编织复合材料冲击响应与加载速度相关,芳纶纤维编织复合材料则对加载速度不敏感。

温度对编织复合材料层合厚板冲击性能的影响研究

目的 研究室温和低温下编织复合材料层合厚板的冲击性能。方法 通过开展低速冲击试验和冲击后的压缩试验,对冲击响应曲线、冲击损伤容貌、压缩失效模式和剩余压缩强度进行分析,探讨冲击时的环境温度对编织复合材料层合厚板冲击性能的影响。结果 冲击后的编织复合材料层合厚板存在凹坑、分层、基体裂纹和纤维断裂等多种失效模式,压缩失效模式主要表现为横贯冲击损伤区域截断式破坏失效。结论 低温环境增强基体强度,降低了复合材料的冲击损伤程度,从而提高编织复合材料结构的剩余压缩强度。

含低速冲击损伤层合板的压缩破坏研究

层合板低速冲击后的压缩破坏研究对于复合材料结构设计具有重要意义。按照ASTM D7136、D 7137试验标准对CCF300/5228层合板进行低速冲击和压缩试验;基于累积损伤理论,以低速冲击数值仿真得到的损伤作为初始损伤,结合应变失效准则和材料性能退化方法,建立含低速冲击损伤层合板的压缩破坏分析模型;使用该模型研究CCF300/5228层合板的损伤演化过程和剩余压缩强度。结果表明:该模型能够较好地解释试验过程中的损伤现象,预测含冲击损伤层合板的剩余压缩强度;损伤扩展和破坏模式与试验结果一致性好。

起圈织物泡沫夹芯复合材料低速冲击性能研究

根据ASTM试验标准D7136,采用落锤冲击试验对起圈织物泡沫夹芯复合材料(U-cor)进行低速冲击试验研究。采用聚氨酯发泡工艺制备了四种夹芯密度、两种夹芯厚度、三种面板铺层的试验件,分别在5 J、10 J、15 J能量下进行冲击试验。试验结果表明:在较低能量冲击下,当夹芯密度较高时,接触力时间历程曲线接近于一条沿顶点对称的二次曲线;当冲击能量增加到一定程度后,含起圈织物夹芯板相比较同型号传统平纹织物夹芯板,最大接触载荷增加;由于起圈织物泡沫夹芯复合材料特殊的成型工艺,当夹芯的平均密度相同时,夹芯厚度的增加会带来冲击面附近局部刚度的增加,进而导致不同厚度夹芯板冲击响应存在较大差异以及抗冲击性能增加。

落锤冲头形状及冲击能量对玻璃纤维层合板动态性能影响研究

纤维增强树脂材料层合板对外来物的冲击非常敏感,为解决其应用隐患,需要研究玻璃纤维增强复合材料层合板低速冲击损伤机理和动态响应特性。本文采用三种头部形状冲头以6种冲击能量进行落锤试验,分析冲击过程中载荷与吸收的能量变化规律。结果表明,冲击能量对层合板损伤形貌与载荷响应影响比较小,而冲头形状对层合板损伤形貌和载荷响应影响较大。冲头形状越钝,层合板的载荷峰值就越大;反之,层合板最大冲击位移和最大冲击时间越长,冲击损伤程度越大。本研究可为复合材料层合板工程应用提供一定的试验基础和参考依据。

缝合复合材料层板低速冲击损伤研究

通过三维动力学有限元法,以空间杆单元模拟缝线的增强作用,建立了缝合复合材料层板在横向低速冲击载荷作用下的渐近损伤分析模型.该模型考虑了缝合层板受低速冲击时的纤维断裂、基体开裂及分层等五种典型损伤形式,采用基于应变描述的Hashin失效准则和Yeh分层失效准则,并将其嵌入ABAQUS/Explicit用户子程序以实现相应损伤类型的判断及其材料性能退化.针对相同铺层的缝合与未缝合层板,模拟了低速冲击作用下的冲击响应和渐进损伤过程,数值结果与试验吻合较好,证明了该方法的合理有效性.同时探讨了冲击速度、缝合密度等对缝合层板冲击响应和损伤的影响.

缝合复合材料层板低速冲击损伤数值模拟

建立了缝合复合材料层板在低速冲击载荷下的渐进损伤分析模型。模型中采用空间杆单元模拟缝线的作用;采用三维实体单元模拟缝合层板,通过基于应变描述的Hashin准则,结合相应的材料性能退化方案模拟层板的损伤和演化;采用界面单元模拟层间界面,结合传统的应力失效判据和断裂力学中的应变能释放率准则判断分层的起始和扩展规律。通过对碳800环氧树脂复合材料(T800/5228)层板的数值仿真结果和试验结果相比较,验证了模型的正确性,同时讨论了不同冲击能量下缝合层板的损伤规律。研究结果表明:缝线能够有效地抑制层板的分层损伤扩展;相同冲击能量下缝合与未缝合层板的基体损伤和纤维损伤在厚度分布上相似,缝合层板的损伤都要小于未缝合层板。

格栅-蜂窝混式芯体夹芯结构的低速冲击性能

针对传统复合材料夹芯结构抗冲击性能差的缺陷,提出一种格栅-蜂窝混式芯体,并对其低速冲击性能进行了研究。采用半球头式落锤冲击实验平台对碳纤维铝蜂窝夹芯结构的低速冲击响应进行研究;其次基于蜂窝非线性本构与完美界面假设,建立了碳纤维铝蜂窝夹芯板低速冲击仿真模型,实验与仿真结果吻合良好;最后对不同冲击位置和冲击角度下格栅-蜂窝混式芯体夹芯板的破坏模态及力学响应进行研究。结果表明:不同冲击位置及不同角度冲击下结构损伤模态及吸能模式存在巨大差异;格栅-蜂窝混式芯体可以显著提高结构的抗低速冲击性能,对于冲击损伤具有良好的限制作用。