低速冲击后三维中空夹层复合材料的压缩损伤容限
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Ｆｉ ２ Ｗ ＤＷ — ０ ０ ｎ ｖ ｒ ａ ｅ ｔｎ ｃ ｉ ｅ ｇ． Ｅ２ ０ ｕ ｉ ｅｓ ｌｔｓｉ ｇ ｍａ ｈ ｎ
作者简介 ：曹海建 （ ９ ９） １７ 一 ，男 ，博士研究生 ，主要从 事纺织结 构复合材料 的研制与开发方面的研 究。
Ｆ ／ ＲＰ ＣＭ ２ ０ Ｎｏ ５ ０１ ， ．
显 得非 常重要 。
１ 试 件 制 备
１ １ 实验 材料 与设 备 ．
原材 料 ： 三维 中空 夹 层复 合 材料 ， 图 １ 见 。树 脂 基体 ： 树脂 选 用 了环氧 ＷＳ ６８ 无 锡树 脂 厂 ） 固化 Ｒ １（ ，
剂采 用 聚酰胺 ６ １ ， 释剂 用 环 氧 丙 烷 丁基 醚 ６ ０ ５＃ 稀 ６
击损 伤 ， 而且 能使 板 内的损 伤 显 露在 表 面 ， 易让 人 发 现 。 容 关 键 词 ：三 维 中空 夹 层 复 合 材 料 ；压 缩 损 伤 容 限 ；剩 余 压 缩 强 度 ；低 速 冲 击
中图分类号 ：Ｔ ３ ２ Ｕ ３
文献标 识码 ：Ａ
文章编 号 ：１０ ０ ９ （０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ３— ９９ ２ １ ）５— ０ １— ５
１２ 试 件制 备 ．
表 １ 压缩 实验 结果
Ｔ ｂｅ Ｒｅ ｕ ｔ ｏ ｏ ｒｓ ｉｅ ｔ ｓｓ ａ ｌｌ ｓ ｌ ｆｃ ｍｐ ｅ ｓｖ ｅ ｔ ｓ
三维 中空 夹层 复 合 材 料 因具 有 比强 度 、 比刚 度 高 ， 别是整 体性 、 特 可设 计 性 等 特 点 ， 许 多 重 要 的 在
工程结 构 中得 到 了广泛 的应 用 。但是 三维 中空夹 层
本 文对 三维 中空夹 层 复合材 料低 速 冲击 后 的压 缩 破坏 进行 实验 研 究 ， 旨在 了解其 受 低 速 冲击 后 的
了剩余压缩强度对 比实验。采用数码照片和外观检测等方法对压 缩破 坏损伤发 展的过程进 行 了研 究 ， 析 了压 缩破 坏机理 。 分 结果表明 ， 冲击损伤严 重影 响 了三维 中空夹层 复合材料板 的抗 压能力 ， 剩余压缩强度随冲 击能量 的增加 而减 少； 维中空夹层 三 复合材料 的压缩破坏主要 由前面板控制 ， 前面板发 生局 部屈 曲的载荷 与板的压缩破 坏载荷几乎 相等 ； 面 蒙皮 不仅能减 少冲 表
与层 合板 结构 复 合 材 料 相 比， 三 维 中 空夹 层 对 复合 材料低 速 冲击后 的剩余 力 学性 能研 究还 处 于起 步 阶段 。程 小全 等 研 究 了小尺 寸层合 板试 件低 速 冲击 后 的剩 余压 缩强 度 ， 建立 了一 种预 测 、 并 估算 模 型一 冲击损 伤软 化夹 杂模 型 ； 瑛 等 研 究 了能量 对 燕 复合 材料层 合板 的 冲击 损 伤及 损 伤 容 限 的 影 响 ， 并 采用 有 限元 软 件 建 立 了相 应 的分 析 模 型 ； 智 育 林 等 研究 了不 同材料 体 系和铺 层 的复合 材料层 合 板
低 速 冲击后剩 余 压 缩 强 度 ， 并建 立 了一 种 椭 圆 形 弹
（０ ） ５ １ 。树脂 基 体 的配 方 质 量 比为 １０ ２ ： ０ 环 ０ ： ０ １（
氧树 脂 ： 固化剂 ： 释剂 ） 稀 。
图 １ 三维 中空夹层 复合 材料 实物 图
Ｆ ｇ １ Ｐ ｃｕ ｅ ｏ ｏ ｌｗ ｓ ｎ ｗｉｈ ｃ ｍｐ ｓｔ ｉ ． ｉｔ ｒ ｆ３ ｈ ｌ ａ ｄ ｃ ｏ ｏ ｉ Ｄ ｏ ｅ
件研究 了含金 属 内衬 的纤 维 缠绕 容器 在 冲击 下 的力
学行为 ， 并预测 了其冲击损伤分 布 。
收稿 日期 ：２ ０ －０２ ０ ９１ －１
基 金 项 目 ：江 苏 省科 技 支 撑 项 目 （ Ｅ ０ ８ １ ） Ｂ ２ ０ ０７
图 ２ ＷＤ Ｅ ００万 能材 料 试 验机 Ｗ— ２０
２１ ０ ０年 第 ５期
玻 璃 钢 ／复 合 材 料
低 速 冲击后 三维 中空夹 层 复合 材 料 的压 缩 损伤 容 限
曹海建 ，钱 坤 ，魏取福 ，李鸿顺
（ 江南大学纺织服装学院 ，无锡 ２ ４ ２ ） １１ ２
摘 要 ：为 了研 究低 速 冲 击 后 三 维 中 空 夹层 复 合 材 料 的 压 缩损 伤 容 限 （ 余 压 缩 强 度 ） 制 作 了 满 足要 求 的 实验 件 并 进 行 剩 ，
性 核估算 模 型 ； 程小 全 等 究 了复 合 材料 层 合 结 。研 构 冲击 损伤 和损 伤 容 限 ， 并对 冲击 后 压 缩 强度 的 重 要 影 响因素作 了探讨 和分析 ； 华 山 等¨ 张 研 究 了 利 用 有限元 软 件 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ分 析 层 合 板受 低 速 冲击 作 用 的极 限承 载 能力 ； 明 法 等¨ 任 基 于 低速 冲击 动 力 学和复合 材料层合结构损 伤破坏 准则 ， 用有 限元 软 利
压缩 破 坏机理 ， 为理 论 模 型 的建立 和下 一 步 的疲 劳 研究 奠定 基础 。
复合材 料本 身对 冲击作 用 比较 敏 感 ， 得 材 料 在 受 使 到外物 冲击后 很 容 易 出现 损伤 ， 果 导 致 其 剩 余 强 结 度 （ 伤容 限） 损 特别 是 剩余 压 缩 强 度 大 幅下 降 ， 重 严 影 响该 材料 的应 用 ¨－３ 因此 ， 究 三 维 中空 夹 层 ６。 研 复合材 料 的低 速 冲击 损 伤及 冲击后 的剩 余 力学 性 能
ｌ ２
低 速 冲 击 后 三 维 中空 夹 层 复 合 材 料 的 压 缩 损 伤 测试 采用 ＷＤ Ｗ． Ｅ００万能 材料 试验 机 ， 图 ２所示 。实验 室 环境 条 ２０ 如
件： 温度为（３± ） ， ２ ２ 相对湿度为 （０± ｏ ％ 。 ５ ｌ）
作者简介 ：曹海建 （ ９ ９） １７ 一 ，男 ，博士研究生 ，主要从 事纺织结 构复合材料 的研制与开发方面的研 究。
Ｆ ／ ＲＰ ＣＭ ２ ０ Ｎｏ ５ ０１ ， ．
显 得非 常重要 。
１ 试 件 制 备
１ １ 实验 材料 与设 备 ．
原材 料 ： 三维 中空 夹 层复 合 材料 ， 图 １ 见 。树 脂 基体 ： 树脂 选 用 了环氧 ＷＳ ６８ 无 锡树 脂 厂 ） 固化 Ｒ １（ ，
剂采 用 聚酰胺 ６ １ ， 释剂 用 环 氧 丙 烷 丁基 醚 ６ ０ ５＃ 稀 ６
击损 伤 ， 而且 能使 板 内的损 伤 显 露在 表 面 ， 易让 人 发 现 。 容 关 键 词 ：三 维 中空 夹 层 复 合 材 料 ；压 缩 损 伤 容 限 ；剩 余 压 缩 强 度 ；低 速 冲 击
中图分类号 ：Ｔ ３ ２ Ｕ ３
文献标 识码 ：Ａ
文章编 号 ：１０ ０ ９ （０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ３— ９９ ２ １ ）５— ０ １— ５
１２ 试 件制 备 ．
表 １ 压缩 实验 结果
Ｔ ｂｅ Ｒｅ ｕ ｔ ｏ ｏ ｒｓ ｉｅ ｔ ｓｓ ａ ｌｌ ｓ ｌ ｆｃ ｍｐ ｅ ｓｖ ｅ ｔ ｓ
三维 中空 夹层 复 合 材 料 因具 有 比强 度 、 比刚 度 高 ， 别是整 体性 、 特 可设 计 性 等 特 点 ， 许 多 重 要 的 在
工程结 构 中得 到 了广泛 的应 用 。但是 三维 中空夹 层
本 文对 三维 中空夹 层 复合材 料低 速 冲击 后 的压 缩 破坏 进行 实验 研 究 ， 旨在 了解其 受 低 速 冲击 后 的
了剩余压缩强度对 比实验。采用数码照片和外观检测等方法对压 缩破 坏损伤发 展的过程进 行 了研 究 ， 析 了压 缩破 坏机理 。 分 结果表明 ， 冲击损伤严 重影 响 了三维 中空夹层 复合材料板 的抗 压能力 ， 剩余压缩强度随冲 击能量 的增加 而减 少； 维中空夹层 三 复合材料 的压缩破坏主要 由前面板控制 ， 前面板发 生局 部屈 曲的载荷 与板的压缩破 坏载荷几乎 相等 ； 面 蒙皮 不仅能减 少冲 表
与层 合板 结构 复 合 材 料 相 比， 三 维 中 空夹 层 对 复合 材料低 速 冲击后 的剩余 力 学性 能研 究还 处 于起 步 阶段 。程 小全 等 研 究 了小尺 寸层合 板试 件低 速 冲击 后 的剩 余压 缩强 度 ， 建立 了一 种预 测 、 并 估算 模 型一 冲击损 伤软 化夹 杂模 型 ； 瑛 等 研 究 了能量 对 燕 复合 材料层 合板 的 冲击 损 伤及 损 伤 容 限 的 影 响 ， 并 采用 有 限元 软 件 建 立 了相 应 的分 析 模 型 ； 智 育 林 等 研究 了不 同材料 体 系和铺 层 的复合 材料层 合 板
低 速 冲击后剩 余 压 缩 强 度 ， 并建 立 了一 种 椭 圆 形 弹
（０ ） ５ １ 。树脂 基 体 的配 方 质 量 比为 １０ ２ ： ０ 环 ０ ： ０ １（
氧树 脂 ： 固化剂 ： 释剂 ） 稀 。
图 １ 三维 中空夹层 复合 材料 实物 图
Ｆ ｇ １ Ｐ ｃｕ ｅ ｏ ｏ ｌｗ ｓ ｎ ｗｉｈ ｃ ｍｐ ｓｔ ｉ ． ｉｔ ｒ ｆ３ ｈ ｌ ａ ｄ ｃ ｏ ｏ ｉ Ｄ ｏ ｅ
件研究 了含金 属 内衬 的纤 维 缠绕 容器 在 冲击 下 的力
学行为 ， 并预测 了其冲击损伤分 布 。
收稿 日期 ：２ ０ －０２ ０ ９１ －１
基 金 项 目 ：江 苏 省科 技 支 撑 项 目 （ Ｅ ０ ８ １ ） Ｂ ２ ０ ０７
图 ２ ＷＤ Ｅ ００万 能材 料 试 验机 Ｗ— ２０
２１ ０ ０年 第 ５期
玻 璃 钢 ／复 合 材 料
低 速 冲击后 三维 中空夹 层 复合 材 料 的压 缩 损伤 容 限
曹海建 ，钱 坤 ，魏取福 ，李鸿顺
（ 江南大学纺织服装学院 ，无锡 ２ ４ ２ ） １１ ２
摘 要 ：为 了研 究低 速 冲 击 后 三 维 中 空 夹层 复 合 材 料 的 压 缩损 伤 容 限 （ 余 压 缩 强 度 ） 制 作 了 满 足要 求 的 实验 件 并 进 行 剩 ，
性 核估算 模 型 ； 程小 全 等 究 了复 合 材料 层 合 结 。研 构 冲击 损伤 和损 伤 容 限 ， 并对 冲击 后 压 缩 强度 的 重 要 影 响因素作 了探讨 和分析 ； 华 山 等¨ 张 研 究 了 利 用 有限元 软 件 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ分 析 层 合 板受 低 速 冲击 作 用 的极 限承 载 能力 ； 明 法 等¨ 任 基 于 低速 冲击 动 力 学和复合 材料层合结构损 伤破坏 准则 ， 用有 限元 软 利
压缩 破 坏机理 ， 为理 论 模 型 的建立 和下 一 步 的疲 劳 研究 奠定 基础 。
复合材 料本 身对 冲击作 用 比较 敏 感 ， 得 材 料 在 受 使 到外物 冲击后 很 容 易 出现 损伤 ， 果 导 致 其 剩 余 强 结 度 （ 伤容 限） 损 特别 是 剩余 压 缩 强 度 大 幅下 降 ， 重 严 影 响该 材料 的应 用 ¨－３ 因此 ， 究 三 维 中空 夹 层 ６。 研 复合材 料 的低 速 冲击 损 伤及 冲击后 的剩 余 力学 性 能
ｌ ２
低 速 冲 击 后 三 维 中空 夹 层 复 合 材 料 的 压 缩 损 伤 测试 采用 ＷＤ Ｗ． Ｅ００万能 材料 试验 机 ， 图 ２所示 。实验 室 环境 条 ２０ 如
件： 温度为（３± ） ， ２ ２ 相对湿度为 （０± ｏ ％ 。 ５ ｌ）