Kevlar纤维增强铝板的动态力学性能的试验研究.pdfVIP

Kevlar纤维增强铝板的动态力学性能的试验研究。 周元鑫 夏源明 (中国科技大学 台肥230027) 摘要本文利用自行研制的旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试验装置，对ARALL材斟 验，得到了两种材料在不同应变率下的完整的应力应变曲线。结束表明，ARALL材料在高 速加载条件下的变形可以分为弹性变形、塑性变形和材料失稳后的残余变形三个部分，每个 部分都有其不同的变形机理。结果还表明，随着应变率的增加两种材料的屈服应力、失穗应 力以厦失稳应变均相应增加，表现出明显的应变率强化和动态韧性现象．最后根据材料在不 周应变率下的试验结果，本文建立了ARALL材料计及应变率影响的三段线性本构模型． 关键词 冲击拉伸动态韧性混杂效应 1引言 ARALL材料是一种由纤维浸溃树脂基体后的薄铅合金板交叠铺层再经过热压形成 的屡闯超混杂复杂材料，它将纤维复合材料和合金铝的良好性能溶为一体，具有高强度、 低密度、抗冲击、抗疲劳、抗雷击和耐老化等特性，是一种新型的航空结构材料，受到 们之间的热物性相差很大。在ARALL材料热压成型过程中，必然导致不同材料界面上 存在有热残余应力。为了消除热残余应力对ARALL材料力学性能的影响，常常在 ARALL材料成型过程中对纤维施加一定的预应力。研究结果表明，施加瑗应力后 ARALL材料的拉伸“]、压缩、弯曲、疲劳03以及蠕变“1性能都有不同程度的改善。随着 ARALL材料应用的日益广泛以及研究的进一步深入，其高应变率下的力学性能越来越 受到人们的重视，但由于试验设备的限制，这方面的研究尚未见报道。本文试图利用宙 行研制的冲击拉伸试验装置对ARALL材料在冲击拉伸条件下的力学性能进行研究，以 期对其动态力学行为和变形破坏机理有一个初步的认识。 2冲击拉伸试验 本文对两种ARALL材料进行了三个应变率(200s～、500s～、1300s_1)的冲击拉 伸试验。图1为ARALL材料在三种不同应变率下的完整的应力应变曲线。可以看出，在 加载的最初阶段，材料满足线弹性的变形特征；当加载至0．7％变形左右，材料出现屈服， ·国家自然科学基金赞助项目 800 屈服后的模量显著下降；随着载荷的进一步增加，当达到极限应力(“)后，材料开始失稳， 失稳后的材料并未立刻破坏，而是继续保持一定的残余强度后才完全破坏。这种破坏模 式在准静态加载条件下是没有观察到的[““。并且还可以看出，随着应变速率的增加。 ARALL材料的屈服应力、极限应力(巩)以及与其对应的失稳应变(eD均相应增加，表现 出明显的应变率强化和动态韧性的现象。 ㈨ 咖 百 ㈣ o g 器 山 uJ Z 芷 嘴 窃 唧 哪 0 30000 60000 90000 STRAIN STRAfN(嶂) f陋) 图1应变率的影响 蹦2预应力的影响 加预应力后，由于材料内部热残余应力状态得到改善，材料的初始弹性模量有所增加，屈 服应变向后延迟(o．9％左右)，届服应力明显提高，与极限应力(aD相应的失稳应变(岛) 提前，但对极限应力影响不大(具体数据见表1)。并且，对于施加预应力后的ARALL材 料，其变形仍然可以分为弹性变形、塑性变形以及失稳后残余变形三个部分。 表l 两种ARLL材料在不伺应变率下的性能参数 为了研究ARA