复合材料受低速冲击能量吸收实验研究.pdfVIP

第 13 卷　第 2 期 实　验　力　学 V o l. 13, N o. 2 1998 年 6 月 JOU RNAL O F EXPER IM EN TAL M ECHAN ICS Jun. 1998 　 复合材料板受低速冲击时能量吸收的实验研究 魏　俊　赵建华　梁越明　李剑荣 ( 中国科学技术大学, 合肥, 230026) 摘要　利用落锤装置, 对玻纤环氧和碳纤环氧两种复合材料层合板进行了低速 低能量的冲击实验研究。利用传感器技术记录了落锤冲击板过程中速度随时间变化曲 线, 计算了冲击动能和材料损伤时的能量吸收。通过数学处理得到了冲击载荷和冲击 点位移随时间变化曲线。还对多次冲击的能量吸收问题进行了实验研究。 关键词　能量吸收, 能量吸收系数, 复合材料, 低速冲击, 冲击损伤 1　引言 　　 纤维增强复合材料层合板具有很高的比强度和比刚度, 因而被广泛应用于航空航天及其 它民用领域, 但是其结构和部件在制造、维修和使用过程中不可避免地要受到冲击载荷, 并且 这类材料对冲击载荷引起的损伤比较敏感。低速低能量冲击载荷引起的损伤表现为基体开裂 和分层破坏。这种损伤范围大而且是在材料内部, 不易被发现, 人们称为“难以觉察的冲击损 伤”。这种损伤形式破坏了复合材料结构或构件的完整性, 使其压缩强度、弯曲强度和弯曲刚度 [ 1—6 ] 大幅度下降, 已引起人们的广泛重视 。 当复合材料板受冲击载荷作用时, 一部分冲击动能转变为可恢复的弹性应变能; 另一部分 却被材料所吸收, 造成了不可恢复的损伤。弄清楚材料损伤和能量吸收之间的关系以及能量吸 收和冲击能之间的关系是有实际意义的。多次冲击和一次冲击的效果是不同的, 多次冲击下能 量的吸收有何变化, 也是值得研究的问题。 本文利用落锤装置, 对玻纤环氧和碳纤环氧两种复合材料层合板进行了低速低能量的 冲击实验研究。采用传感器技术记录了落锤冲击板过程中的速度随时间变化曲线, 利用瞬时最 大冲击速度和瞬时最大反弹速度计算冲击动能和材料损伤时吸收的能量。通过数学处理得到 了冲击载荷和冲击点位移随时间变化曲线。同时对多次冲击能量吸收问题进行了研究。 2　材料和试样 ( ) 　　 本文采用两种复合材料: 玻璃纤维增强环氧树脂 简称玻纤环氧 和碳纤维增强环氧树 本文于 1997 年 3 月 4 日收到第1 次稿, 1998 年 2 月 3 日收到修改稿 　 国家 863 航天高技术资助项目 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. ( ) 208 　　　　　　　　　　　　　　　　　实　验　力　学　　　　　　　　　　　 1998 年 第 13 卷　 ( ) 脂 简称碳纤环氧 。玻纤环氧层合板铺层顺序为[ 090 ]4S , 固化工艺为 100℃保持 1 小时, 175℃保持4 小时, 成型压力为 0. 6 。固化成型后用砂轮切割机切割成 125 ×125 2 方板。 M Pa mm 碳纤环氧层合板是用上海碳素厂生产的碳纤维预浸布铺层后加压热固化成型, 层合板铺层顺 序也是[090 ] 。固化工艺为 110℃保持半小时, 160 ℃保温2 小时, 成型压力为 2 , 最后切 4S