两次冲击距离对CFRP层合板冲击损伤和剩余压缩强度的影响

为了研究预损伤冲击对复合材料二次冲击及冲击后压缩行为的影响,对复合材料层合板进行预损伤冲击试验、二次冲击试验及冲击后压缩试验,探究预损伤冲击和二次冲击之间的距离与冲击损伤和剩余压缩强度之间的关系。基于三维Hashin准则和渐进损伤刚度退化方案,在ABAQUS/Explicit中建立预损伤冲击-二次冲击-压缩仿真模型,采用预制分层损伤的方法,将第一次冲击损伤预制进第二次冲击模型中。研究表明:所建立模型的仿真结果与试验结果吻合良好。当两次冲击距离小于两次冲击损伤面积纵向半径和的125%时,二次冲击损伤沿纤维方向向预损伤冲击位置延伸。当第二次冲击与预损伤冲击的距离为两次冲击损伤面积纵向半径和的150%时,剩余压缩强度最小,对层合板造成破坏最大。

超声F扫描检测碳/环氧复合材料层合板冲击损伤—电阻变化

利用超声F扫描方法检测了经不同能量冲击后的碳/环氧复合材料层合板,并测量了复合材料冲击前后电阻。结合冲击能量、电阻变化、超声F扫描图像综合分析了冲击后碳/环氧复合材料的状况。结果表明,超声F扫描能够确定碳/环氧复合材料冲击损伤能量阈值;不同能量的冲击都会使碳/环氧复合材料的电阻发生变化,但只有大于能量阈值的冲击才会在复合材料中产生损伤;超声F扫描提高了基于电阻变化判断复合材料是否损伤的准确性。

湿/热环境对环氧树脂复合材料冲击后压缩剩余强度的影响

将带孔复合材料放置于湿/热环境中处理,将低速冲击、压缩力学测试与数字图像相关技术(DIC)相融合,研究其抗冲击性能及冲击后压缩性能变化规律及机理。首先对复合材料进行湿/热处理,利用吸湿率与失重率评价处理程度,其次对处理后层合板进行低速冲击试验,再进行冲击后压缩(CAI)试验评估剩余性能,同时对压溃过程进行DIC信息数据采集,最后使用扫描电子显微镜(SEM)进行微观损伤形貌表征。结果表明高温环境对复合材料影响更大。DIC技术采集的应变数据与应变仪(SG)结果差异较小,且DIC数据离散度更低,具有代替应变仪的可行性。微观形貌上,湿度环境影响环氧树脂黏合纤维,基体吸水膨胀,热环境下基体与外界空气反应,层内基体收缩,但仍与纤维黏合。

国产高强中模碳纤维及其增强高韧性树脂基复合材料研究进展

高强中模碳纤维增强复合材料是当前及未来相当长时期内主要的航空结构复合材料。借鉴国外高强中模碳纤维及其高韧性复合材料发展经验,在国内高强型碳纤维复合材料成熟经验的基础上,实现了高强中模T800级碳纤维规模化生产,系统分析了与国产高强中模碳纤维匹配的树脂基体、预浸料及其复合材料技术现状。国产T800H级碳纤维增强高韧性环氧树脂基和双马树脂基复合材料抗冲击性能达到国外同类复合材料的水平,高韧性环氧树脂基复合材料的耐湿热性能优于国外同等韧性的复合材料。国产T800H级碳纤维增强高韧性复合材料预浸料具有优异的工艺性能,可同时满足手工铺贴、自动铺带和自动铺丝3种铺放工艺要求。在T800级复合材料成熟应用的基础上,未来主要发展高压缩强度、高模量和基于BVID的高冲击韧性高强中模碳纤维复合材料。

碳纤维/环氧树脂冲击性能研究

本文通过橡胶改性环氧树脂基体对提高碳纤维复合材料的层剪强度和冲击强度的影响进行了研究

T800碳纤维复合材料低速冲击渐进损伤仿真与试验研究

利用有限元软件ABAQUS建立冲击渐进损伤模型,对国产T800碳纤维/环氧树脂基复合材料的低速冲击损伤进行了数值模拟;同时对复合材料进行低速冲击试验,通过分析不同冲击能量与凹坑深度和损伤形貌的关系研究了层合板的冲击损伤特性.结果表明:在模拟仿真过程中,复合材料冲击时的应力分布像花生状的椭圆形,同时基体的拉伸和压缩损伤大于纤维的拉伸和压缩损伤.在试验中随着冲击能量增大,凹坑深度在35 J左右出现拐点,拐点之前凹坑深度增加缓慢,冲击表面主要是无损伤和几乎不可见的冲击损伤,内部损伤形貌近似圆形;拐点后凹坑深度急剧增加,试样内部损伤形貌逐渐趋于椭圆形,并沿45°铺层方向呈锥形扩展;在65 J时达到穿透性损伤.模拟得到的凹坑深度与试验结果吻合较好,为分析T800碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板受低速冲击后的损伤演化和规律提供了一种有效的方法.

碳纤维-超高分子量聚乙烯纤维混杂增强环氧树脂复合材料低速冲击性能与失效机制

碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板在航天、汽车等领域应用广泛,使用中难免遇到低速冲击事件(生产使用过程中工具坠落等)产生安全隐患,分层破坏是其受到低速冲击后的主要损伤形式,会严重影响复合材料层合板的强度和使用寿命。为提高其抗冲击性能,通过短纤维增韧的方式探究超高分子量聚乙烯短纤维的铺层数量和铺层位置对复合材料层合板低速冲击性能的影响。研究结果表明:添加6层短纤维的复合材料层合板最大载荷由3.19 kN增加到4.86 kN,吸收能量由18.27 J增加到28.89 J,分别提高了52.3%和58.12%。冲击后剩余强度明显提高,两层短纤维铺层增韧方式的复合材料层合板冲击后剩余强度最大,为164.73 MPa,相比原样提高95%。超高分子量聚乙烯短纤维加入后复合材料层合板的冲击损伤阻抗提高,冲击后的凹痕深度下降,并且抗分层能力提升。其增韧机制是断裂面表面能增加,冲击使部分纤维被拔出,出现纤维桥联现象,拔出的纤维会降低分层前沿的应力集中,增大分层扩展的阻力,使分层破坏在扩展过程中需要消耗更多的能量,有效阻碍了裂纹的传播。

碳纤维缠绕成型用环氧树脂体系研究

以甲基四氢苯酐、聚己内酯三醇和DMP-30制备了改性甲基四氢苯酐G920。将双酚A环氧树脂CYD-128、聚氨酯改性环氧树脂CYD-133、1,4-丁二醇二缩水甘油醚CYD-622和G920混合制得浇注体及碳纤维复合材料NOL环。采用粘度和力学性能测试、示差扫描量热分析、热重分析及扫描电镜分析对材料的性能进行了研究。结果表明,该树脂体系的粘度和适用期满足湿法缠绕成型工艺要求,浇铸体具有优异的耐热性能与力学性能,其制备的T-700碳纤维复合材料NOL环拉伸强度达到2 500MPa,层间剪切强度达到69.9 MPa,具有优异的界面性能和强度保持率,适合T-700碳纤维的湿法缠绕成型。