编织型复合材料的冲击及冲击后压缩强度的试验研究
三维编织复合材料力学性能研究进展
国内外在近 30 年内对三维编织复合材料的细观结构与 观力学性能之间的关系进行了研究和探索 取得了一些突出 的成就 并逐渐发展成力学和材料领域的一个热门研究方 向。在试验方面，自 20 世纪 80 年代起，MACANDER 等[3] 就对三维编织复合材料的拉压剪弯等典型静态力学性能进 行了系统的试验研究；KALIDINDI 等[4]研究了纤维体积含量 和编织角对材料力学性能的影响；SHIVAKUMAR 等[5]进一 步揭示了三维编织复合材料的压缩强度和失效机制。关于三 维编织复合材料冲击力学行为和断裂形态随应变率的变化 趋势也有相关报道[6-7]。
科技与创新┃Science and Technology & Innovation
文章编号：2095－6835（2021）13－0108－06
2021 年 第 13 期
三维编织复合材料力学性能研究进展
吴亚波，江小州，刘 帅，袁 航，张尧毅，惠永博，侯荣彬
（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都 610056）
国内也不乏试验研究三维编织复合材料力学性能的相 关报道。张迪等[29]对比研究三维多向编织和层合板复合材料 的力学性能。四种三维多向编织结构分别利用三维四向、三 维五向、三维六向和三维七向编织工艺制备；三种层合复合 材料利用帘子布制成，分别为 0°单向板、90°单向板和层合 板［0 /（ ± 45）2 /90］2s。同时进行拉伸、压缩和剪切试 验。结果表明与三维编织试样相比，0°单向板的拉伸和压缩 性能最高，而其他层合试样的各项性能均较低；对于编织试 样，编织角越小，纵向拉伸和压缩性能越高，剪切性能越低； 发现编织结构和编织角是影响材料破坏模式的重要因素。李 翠敏等[30]研究了三维编织碳纤维复合材料的剪切性能，结果 表明，三维五向较三维四向编织复合材料剪切性能好；三维 编织复合材料剪切强度沿长度方向随着编织角的减小而增 加；切边三维编织复合材料试件受剪切破坏时在加载点附近 侧表面裂缝沿纱线走向分布，上下两表面发生弯曲破坏。李 苏红等[31]试验分析评价了编织结构参数对复合材料拉伸性 能的影响，且对复合材料的破坏模式进行了研究。实验结果 表明，编织角、复合材料尺寸、纤维体积含量、轴向纱数与 编织纱数之比等对复合材料的性能有较大的影响，复合材料 有两种破坏模式，一种是裂纹沿纤维束扩展，另一种是纤维 束拉断，后者为主要破坏模式。 2 三维编织复合材料力学性能的理论研究 2.1 几何模型和力学模型
编织结构复合材料力学性能的测试与分析
模型”利用修正 的层合理论 ， ， 假定 同一层胞体 中平 行于 同一对角线方向的纤维束集合形成一倾斜的单 向层 板 ， 而将 单元 胞 体 简 化 为 ４块 倾 斜 的 单 向层 进
固化 剂为 ７ 酸 酐 三 者 的用 量配 比 为 ：０ １０： ０ １０：０
“ 纤维互锁胞体模型”在平行六面体的单元胞体 内， ，
将 沿 四个 对角 线方 向排 列 的纤 维 束 当作 “ 合材 料 复
１ 。固化剂选 用 ７ 酸酐 ， 名为四氢化邻苯二 甲 ０＃ 学 酸酐 （ Ａ）其分 子量 为 １６， Ｐ ， ４ 固化 温 度 １０—１０ｃ ５ ８ ｏ，
固化 时 间约 ４～２ ｈ 采 用 的催 化 剂 为 苯胺 ； 实 验 ４； 本
杆” 来处理， 利用应变能原理得到简化的三维复合材
料 杆 系结 构力学 模 型 。Ｙ ｎ ・ 立 了“ 维倾 斜 ａｇ等 建 纤
的预型件采用四步法三维 四向 １ 编织结构 ， ×１ 采用 Ｒ Ｍ（ Ｔ 树脂传递模塑） 工艺成型。Ｒ Ｍ的工艺参数 Ｔ 为 ： 真空 达 到 ０ １ ａ树脂 注入 模具 的压力 为 ０ 抽 ．ＭＰ ； ． ４ ａ Ｍｐ ；固 化 周 期 ：１０ｃ ２— ｌ０ｃ ｌ一 １０ｃ ３ ｏ／ ｈ ５ ｏ／ ｈ ６ ｏ／
材料 力 学性能 受 多 种 因 素 的影 响 ， 方 面 的的 实验 这
研究仍然不是很充分 ， 还需进行 大量 的试验来 研究 它 们 的变形 和破 坏 规 律 ， 深 入 描述 编织 复 合 材料 为 的力学行为奠定实验数据基础 。本工作对 四步法三 维 编织 复合 材料 进 行 了拉 伸 、 缩 和 弯 曲等 实 验研 压 究 ， 得 了该 材 料 的主要力 学性 能 参数及 破坏 规律 ， 获 得到了一些重要结论 。这些结果为进一步研究复合
三维编织复合材料冲击实验与分析
然 而 对编 织 复合 材 料 ， 损伤 被 限制在 一 个小 的 区 域上， 试件表 现 出了可延 性行 为 。 Ｍ． Ｐ ｒ ｎ ｖ Ａ． ｏｔ ｏａ研 究 了三 维 编 织 复 合 材 料 ａ 试件 冲击后 的压缩 容限 一实 验表 明 ， 。 开裂 处 的纤 维 由于屈曲 而不能 进一 步承 载 。试 件 的边 缘 和表 面 观察 到损伤 ， 但并 无 明显扩 展 。对 冲击 实验 ， 损 伤 主要 是基体 开裂 和纤 维柬 内 的纤 维破 断 。 本 文采用 国 防科 技 大学 的轻气 炮进行 ２ 高 种 速 冲击实 验 。 一种 是对 称碰撞 实 验 ， 第 目的是测 量 编织 复合 材 料对 称 碰撞 时的 冲击波 压力和 冲击 波 的 波 速 ｛ 二种 是 弹 丸 穿靶 实 验 ，目的是 采 用 不 第 同速 度 的 弹 丸进行 穿靶 实验 ， 察编 织 复合 材 料 观 靶板 的破 坏情况 ， 找冲 击临界 点 。 寻 对冲击 实验 结 果 和 冲击破 坏 情况 进 行 了分析 ， 以为 工程 设计 可 人员 提供 参考 。
要意义 。采用 国防科技 大学 的轻 气炮对 三 维整 体 编织 结构 复合材 料进 行 了高速对 称 碰 撞实验 和 弹丸 穿靶实验 ， 出了冲击 实验 方 法和实验 结果 。 给 对冲 击 实验结果 进行 了 分析， 结果 可供 工 程设计 部 九使用 参考 。 关 键 词 ：三 维编 织ｆ复合材 料 ；冲 击 ； 学 性 能 力
和单 向 Ｆ ／ Ｉ Ｌ 复 合 材料 的 冲击 行 为Ｅ。其 三 Ｐ Ａ ｉ 一 ３ １
维 编织 和单 向复 台 材 料 的平 均 体 积 分 数 分 别 为 １ 和 ３ 。采用 落 体 冲击 实验 方 案 ， 冲击 的 ７ ４ 受 实 验件 不需事 先 开槽 ， 不需 要进 行机械 加 工 ， 也 因 此， 不会 对整 体纤 维结构 产生 影 响。研究 表 明 ， 在 损 伤 的产 生 和发 展 中 ， 三维 编 织 复合 材 料 比单 向
三维多向编织复合材料压缩性能的试验研究
３０ ６ ２ ０ １０； ．北京航空 材料研究院先进复合材料 （ ．天津工业大学复合材料研究所 ， １ 天津
国防科技重 点实 验室 ， 北京
１０９ ； ． ００５ ３ 常州纺织服装职业技术学 院 ， 常州
２３６ ） １１ ４
摘要 ： 用短标距 薄板 试件 法对三维五向和六向编织复合 材料试件进行 了压缩试验 。该方 法可 以避 免试件产 生整体 采
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固 体 火 箭 技 术 第２ ９卷第 １期
Ｊ ｕｎ ｌ ｆＳ ｌ ｏ ｋ ｔ ｅ ｈ ｏｏｙ ｏ ｒａ ｏｉ Ｒ ｃ ｅ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｄ Ｔ Ｖｏ． ９ Ｎ ． ０ ６ １２ ｏ １２ ０
三维 多 向编 织复 合 材 料压 缩 性 能 的试 验 研 究①
ｎ ｓ ， ｏ ｒｓ ｉ ｎ ｓｒ ｎ ｔ Ｐ ｉｓ ｎ ａｉ ｉ ｒ ｉ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓｐ ｒ ｍｅｅ ｎ ａｌ ｒ ｄ ｆ ｏ ｏ ｉ ｅ ａ ａｙ ｅ ．Ｔ ｅ ３ ５ ｅ ｓ ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ｔ ｇｈ。 ｏ ｓｏ ｇ ｒ ｔ ｗ ｔ ｂ ａ ｄｎ ｒｃ ｓ ａ ａ ｔｒ ａ ｄ ｆ ｉ ｅ ｍｏ ｅ ｏ ｍｐ ｓｔ ｗ ｅ ｎ ｌｚ ｄ ｅ ｏ ｈ ｓ ｕ ｃ ｅ ｈ Ｄ 一 ｄ ｒｃ ｉｎ ｌ ｎ ｈ Ｄ ６ ｄ ｒ ｃｉｎ ｒ ｉ ｅ ｏ ｏ ｉ ｓ ｋ ｅ ｉ ｅ ｒ ｅａ ｔ ｉ ｔ ａ ｄ ｔｅ ３ － ｉｅ ｔ ａ ｂ ａｄ ｄ ｃ ｍｐ ｓｔ ｅ ｐ ｌ ａ ｌｓｉ ｅ ｏ ａ ｏｌ ｅ ｎ ｃ；ｌｎ ｉ ｄ ｎ ｏ ｒｓ ｉ ｎ ｆ ｉ ｒ ｓ ｏ ｒ ｔ ｎ ｓ ．Ｔ ｅ ｏ ｇｔ ｉａ ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ａｌ ｅ ｉ ｆｂ ｔ ｅ ｅ ｓ ｈ ｕ ｌ ｕ ｉ ｌ ｉｃ ｅ ｓ ｒ ｉ ｉ ｇ ａ ｇｅ ｍａ ｅ ｏ ｇｔ ｄｎ ｏ ｒ ｓ ｉｎ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｄ ｃ ｅ ｓ ； ｔｅ ｄ ｃｅ ｓ ｆｆ ｅ ｅ ｓ ｏ ｄ ｒｃ ｉｎ ｒ ｉ ｅ ｎ ｒ ａ ｅ ｏ ｂ ａ ｄ ｎ ｎ ｌ ｋ ｓ ｌｎ ｉ ｉ ａ ｃ ｍｐ ｅ ｓ ｒ ｐ ｒ ｅ ｅ ｒ ａ ｅ ｈ ｅ ｒａ ｅ ｏ ｉ ｎ ｓ ｆ４－ ｉ ｔ ａ ｂ ａ ｄ ｄ ｆ ｕ ｌ ｏ ｉ ｎ ｅ ｏｌ
玻璃纤维复合材料层合板冲击后的压缩强度
Ｔｈ ｉ ｉ ｌ ｍｅ ｔ ｄ ｌ ａ ｓａ ｌ ｈ ｄ ｔ ｉ ｌｔ ｈ ＡＩｓ ｅ ｇ ｈ ｗ ｔ ｎ ｅ ｕ ｖ ｌ ｎ ｏｅ ａ ｄ ａ ｒ ｄ ｃ ｄ ｓｉ ｎ ｓ ｎ ｌ — ｅｆ ｔ ｅ ｅ ｎ ｎｅ ｍｏ ｅ ｓｅ ｔｂ ｉ ｅ ｓｍｕ ａｅ ｔ ｅ Ｃ ｔ ｎ ｔ ｉ ａ ｑ ｉａ ｅ ｔ ｌ ｎ ｅ ｕ ｅ ｔ ｆ ｅ ｓｉ ｃｕ ｗ ｓ ｏ ｒ ｈ ｈ ｆ
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复合材料冲击后压缩试验步骤
复合材料冲击后压缩试验步骤
复合材料冲击后压缩试验是用来评估材料在受到冲击载荷后的
压缩性能。
试验步骤如下：
1. 样品准备，首先需要准备好符合标准要求的复合材料样品。
样品的尺寸和几何形状需要符合试验标准的规定，通常是通过切割
或者制备成特定的几何形状。
2. 冲击试验，在进行压缩试验之前，需要对复合材料样品进行
冲击试验。
冲击试验可以模拟材料在实际使用中受到的冲击载荷，
以评估其受冲击后的状态。
冲击试验通常包括使用冲击试验机或者
冲击落锤对样品进行冲击，记录冲击载荷大小和冲击后样品的状态。
3. 样品固定，将经过冲击试验的样品固定在压缩试验机的压缩
夹具中，确保样品的位置和方向符合试验标准的要求。
4. 压缩试验，开始进行压缩试验，通过压缩试验机施加压缩载
荷到样品上。
压缩载荷的大小和加载速率需要按照试验标准进行控制，通常会进行多次循环加载以评估材料的压缩性能和稳定性。
5. 数据记录与分析，在压缩试验过程中需要实时记录样品的变形情况和压缩载荷的大小，以便后续的数据分析。
试验结束后，需要对试验数据进行分析，包括计算材料的压缩强度、压缩模量等指标，并对试验结果进行解释和评估。
6. 结果报告，最后根据试验数据和分析结果编写试验报告，包括试验步骤、试验参数、试验结果和结论等内容，以便他人了解和参考。
以上是复合材料冲击后压缩试验的一般步骤，每个步骤都需要严格按照试验标准和规程进行操作，以确保试验结果的准确性和可靠性。
复合材料层合板的压缩试验对比研究
复合材料层合板的压缩试验对比研究张龙，王波1)，矫桂琼（西北工业大学工程力学系，西安，710129）摘要：在复合材料压缩试验标准中，有三种不同的压缩试验标准，ASTM D3410M-03、ASTM D6641M-01以及SACMA SRM6-94标准。
不同的标准将得到不同的试验结果。
本文对T700/9916复合材料层合板进行了这三种压缩试验标准的压缩试验，从而得到相应的压缩模量和压缩强度。
并通过对试验方法中试件所处的应力状态的分析比较，得出了这三种试验标准不同的适用性。
ASTM D3410M-03标准中垂直表面的挤压力和剪切力作用对压缩强度影响很大，其压缩强度为662MPa；而在ASTM D6641M-01标准其影响相对较小，强度为803MPa。
SACMA SRM 6-94标准中垂直表面的夹块只作为侧面支撑，主要为端部压缩力，因此所受影响最小，但是该方法极易导致端部压溃，压缩强度为1218MPa。
关键词：复合材料；力学性能；压缩试验；试验标准引言复合材料由于具有比强度高，比模量大，断裂韧性强，密度低，热稳定性，抗烧蚀性，化学稳定性和尺寸稳定的特点。
目前已广泛应用于航天、航空工业等领域中[1~7]。
因此复合材料基本性能的测定就变的尤为重要。
而复合材料压缩性能一直以来都是较难测定的。
试件的轴向压缩破坏模式大多是失稳破坏。
从整个试件横截面的纵向失稳到局部个别纤维的失稳，同时试验装置对所得结果也有很大的影响[8-10]。
压缩试验方法中的压缩力可由试件表面的剪切和端部压缩引入试件中。
但不同的压缩方式影响试验结果的得出。
由于以上种种原因使得压缩性能的测定存在许多困难。
Potter等[11]研究了石墨/环氧层复合材料的压缩性能，得出了试件尺寸与压缩性能试验结果的关系。
蒋邦海等[12]对一种单纤维二维正交平纹机织布增强树脂基复合材料进行了三个主方向的准静态压缩试验研究。
分析了碳纤维的初始微屈曲对压缩性能和压缩强度的影响。
FRP材料简介
FRP 材料的特点纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic,简称FRP)也称纤维增强塑料，是由短切纤维或者连续纤维及其织物与热固性或热塑性基体经过一定的工艺复合而成的一种新型材料。
利用先进的成型工艺，纤维增强复合材料可以整体成型做成各种复杂的形状，整体性较强，减少了装配的成本。
与钢材以及合金等金属材料相比，复合材料能够同时达到轻质、高强、刚度高等特点，近年来表明，先进复合材料在飞机制造业的应用迅速扩大。
复合材料及其发展由两种或两种以上不同物质经材料设计、人工组合而得到的具有新的优越性能的多相固体材料。
按此定义，通常可将结构用复合材料（Composite materials）的基本组分划分为基体材料（Matrix）和增强材料（Reinforcement）。
其中基体材料大都为连续相，主要起粘结或连接的作用；增强材料多为分散相，主要用来承受载荷，亦称增强体。
复合材料常见的分类方法有：按材料的作用，可分为主要使用其力学性能的结构复合材料和主要发挥其功能特性的功能复合材料；按基体材料，可分为树脂基、金属基、陶瓷基复合材料等；按增强体的种类和形态，可分为长纤维增强复合材料、短纤维或晶须增强复合材料、颗粒增强复合材料、层状增强复合材料及填充骨架型复合材料等。
目前研究最多、应用前景最广的是上世纪60 年代以来发展起来的所谓先进复合材料，包括以高强碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、陶瓷颗粒等高性能增强体增强的耐高温高聚物或金属、增韧的陶瓷，以及功能复合材料。
复合材料最显著的特性，是其性能（主要指力学性能、物理性能和工艺性能）在一定范围内具有可设计性，同时还具有材料与结构同一性、发挥复合效应优越性及性能对工艺依赖性等特点。
与传统材料相比，复合材料在性能上具有优势，比如比强度、比模量大，耐疲劳性能好，阻尼减震性好，破损安全性高等。
因此，复合材料已成为材料研究领域的热点，并已在航空、航天、能源、电子、海洋、汽车，乃至生物工程等方面得到了广泛应用。
三维编程复合材料拉压性能的实验研究
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第 ３期
王 波等 ： 维编 织 复合 材料拉 压性 能 的实 验研究 三
３３ ０
２
三 维 编 织 复 合 材 料 的 拉 压 试 验
２ １ 试 件 ．
试 件 材 料 为 三 维 编 织 Ｔ ０ ／ Ｙ９ １ ３ ０ Ｑ ５ ２复 合 材 料 ， 维 体 积 含 量 ５ ｆ ， 件 形 式 如 图 １所 纤 ９ｏ试 ￣ 示 ． 合 材 料 的 基 体 是 Ｑ ５ ２双 马 来 酰 亚 胺 树 脂 ， 强 物 为 三 维 四步 法 编 织 的 Ｔ ０ Ｋ 碳 纤 复 Ｙ９ １ 增 ３ ０３
三 维 编 织 复 合 材 料 拉 压 性 能 的 实 验 研 究
王 波 ，矫 桂 琼 ，陶 亮 ，潘 文 革
（ 北 工 业 大 学 工 程 力 学 系 ，西 安 ７ Ｏ ７ ） 西 ｌ Ｏ ２
摘 要 ：本 文 通 过 对 三 维 编 织 Ｔ ０ ／ Ｙ９ １ 复 合 材 料 纵 向 和 横 向 的 拉 伸 和 压 缩 试 ３０Ｑ ５２ 验 ， 究 了三 维 编 织 复 合 材 料 的 刚 度 和 强 度 特 性 ． 过 试 验 发 现 纵 向拉 压 以及 横 向拉 研 通
１ 引 言
传 统 的层 合 板 沿 厚 度 方 向的 性 能 很 差 ， 有 易 分 层 、 冲击 性 能 差 、 伤容 限低 的 缺 点 ． 具 抗 损 三 维 编 织 复 合 材 料 由 于 引 入 沿 厚 度 方 向 或 近 似沿 厚 度 方 向 的 纤 维 ， 得 沿 厚 度 方 向 的 性 能 提 高 使 很 多 ． 此 ， 国宇 航 局 制 定 了 Ａ Ｔ计 划 来 发 展 先 进 复 合 材 料 ， 编 织 复 合 材 料 能 在 大 型 民航 因 美 Ｃ 使 客 机 中得 到 更 广 泛 的应 用 ． 着 编 织 复 合 材 料 在 航 天 、 空 等 领 域 越 来 越 广 泛 的 应 用 ， 于 编 随 航 对 织 复 合 材 料 力 学 性 能 的 研 究 也 越 来 越 多 ， 些 主 要 集 中对 编 织 复 合 材 料 弹 性 性 能 的 研 究 ｎ ］ 这 ． 对 于 三 维 编 织 复 合 材 料 的 强 度 和 失 效 研 究 在 实 验 研 究 方 面 ： ｊ［ 利 用 波 纹 干 涉 法 研 究 了 编 Ｉｕ６ ｆ 织 复 合 材 料 的 力 学 性 能 ， 实 测 了 二 维 和 三 维 编 织 复 合 材 料 的 剪 切 特 性 ； ｖ ａ等 ［列 举 了 三 并 Ａｖ ７ ］ 维 编 织 复 合 材 料 的试 验 过 程 、 验 数 据 以 及 压 缩 试 验 结 果 ； 宝 君 等 ［ 在 三 维 编 织 碳 ／ 氧 复 试 庞 ８ ］ 环 合 材 料 实 验 中 使 用 了 云 纹 片 研 究 了 试 件 的 宏 观 应 变 场 ． 文 通 过 对 三 维 四 向 编 织 本 ］ ０／ ｒ ０ ＱＹ９ １ 在 纵 向 和 横 向两 个 方 向上 分 别 进 行 拉 伸 和 压 缩 试 验 ， 定 了这 种 材 料 的 刚 度 、 ３ ５２ 确 强 度 特 性 以及 试 件 的失 效 形 式 ． 纵 向拉 伸 试 验 中 ， 应 用 了声 发 射 技 术 获得 试 验 过程 中各 种 声 在 还 发 射 数 据 ， 过 分 析 得 到 了声 发 射 的 各 种 信 号 与 试 件 损 伤 发 展 以及 破 坏 的关 系 ， 通 确定 了 三 维 编
复合材料的冲击性能研究
复合材料的冲击性能研究随着现代科技的快速发展，材料科学领域也取得了巨大的进展。
其中，复合材料作为一种新型的材料，由于其独特的性能在各个领域得到了广泛的应用。
而复合材料的冲击性能一直以来都是研究的热点之一。
复合材料的冲击性能研究对于工程设计和材料应用有着重要的意义。
当物体受到外界冲击时，能够抵抗外力的作用而不发生破裂或变形的材料被认为具有良好的冲击性能。
因此，了解和提高复合材料的冲击性能对于确保结构的强度和安全性至关重要。
复合材料的冲击性能受到多种因素的影响。
首先，复合材料的组成和结构对其冲击性能起着重要的作用。
不同类型的复合材料由不同的纤维和基体组成，因此其冲击性能也有所差异。
例如，石墨纤维增强复合材料在冲击载荷下具有较高的强度和韧性，而碳纤维增强复合材料则具有更高的刚度和强度。
此外，复合材料的布局和数量也会影响其冲击性能。
增加纤维的数量和改变纤维的布局可以提高复合材料的冲击吸收能力。
其次，复合材料的制备工艺也对其冲击性能产生重要影响。
制备工艺中的热处理、压制和固化过程都会影响复合材料的内部结构和力学性能。
例如，热处理可以改善复合材料的结晶度和纤维与基体之间的结合强度，从而提高其冲击性能。
压制过程中的压力和温度也会对复合材料的冲击性能产生影响。
因此，优化复合材料的制备工艺可以改善其冲击性能。
此外，环境条件和服务温度对复合材料的冲击性能也有影响。
在低温环境下，复合材料的韧性和强度可能会下降，从而导致其冲击性能下降。
则高温环境下，复合材料的力学性能和化学性能可能会发生变化，进而影响其冲击性能。
因此，在不同的环境条件下研究复合材料的冲击性能是很有必要的。
最后，为了更好地研究复合材料的冲击性能，目前的研究中还需要完善测试方法和评价标准。
冲击测试是评价材料冲击性能的重要手段，常用的方法包括冲击试验和球型冲击试验。
此外，还需要建立合理的评价标准来比较不同复合材料的冲击性能。
不同应用领域对冲击性能的要求也不同，因此需要针对具体应用制定相应的评价标准。
三维编织复合材料力学性能的实验研究
三 维 编 织 复 合 材 料 的 一 个 突 出 特 点 是 提 高 了 沿
料 常 规 性 能 的 测 试 内 容 。尽 管 国 内 外 已 发 表 了一 些 三
合 材 料 能 够 直 接 成 型 许 多 具 有 复 杂 形 状 的 结 构 ，特 别 是 与 ＲＴＭ 技 术 的 结 合 ，使 得 其 在 降 低 制 造 成 本 上 具 有 潜 在 的 优 势 。 由 此 引 起 了 研 究 者 们 的 极 大 关 注 ，并 逐 渐 应 用 于 航 空 航 天 、民 用 建 筑 、体 育 器 材 等 领 域 。 自２ Ｏ世 纪 ８ Ｏ年 代 以 来 ．国 内 外 对 三 维 编 织 结 构 复 合 材 料 已 经 进 行 了 大 量 的 研 究 工 作 ，对 编 织 工 艺 参 。 数 、结 构 参 数 和 力 学 性 能 之 间 的 关 系 ，提 出 了 一 些 几 何 模 型 及相 应 的 数 学 模 型 。 Ｍａ等 Ｌ 提 出 了 “ 维 互 锁 ｌ 纤 胞 体 模 型 ” 在 平 行 六 面 体 的 单 元 胞 体 内 ， 沿 四 个 对 ， 将
ｂ ａ ｄ ｄ ｃ ｍｐ ｓ ｔ ｓ Ｔｈ ｒｎ ｉ ａ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｒ ｐ ｒ ｉ ｓ ａ ｄ ｄ ｓ ｒ ｃ ｉ ｎ ｒ ｌ ｆ ３ ｂ ａ ｄ ｄ ｃ ｍ ｐ ｓ ｒｉｅ ｏ ｏ ｉｅ ． ｅ ｐ ｉ ｃ ｐ ｌ ｍ ｃ ａ ｉａ ｏ ｅ ｔｅ ｎ ｅ ｔ ｕ ｔ ｕ ｅ ｏ Ｄ ｒ ｉ ｅ ｏ ｐ ｏ ｏ—
纤维增强复合材料的压缩性能研究
纤维增强复合材料的压缩性能研究近年来，纤维增强复合材料在航空航天、汽车、船舶、建筑等领域中得到了广泛应用，其轻质、高强度、耐腐蚀等特性，使得它成为替代传统材料的新选择。
然而，在实际应用中，复合材料的压缩性能一直是研究的热点和难点之一。
本文将探讨纤维增强复合材料的压缩性能及其研究进展。
一、纤维增强复合材料的压缩性能简介纤维增强复合材料是由纤维增强体（如玻璃纤维、碳纤维等）和基体（如聚合物基体、金属基体等）组成的复合材料。
与传统材料相比，纤维增强复合材料具有更高的强度和刚度。
然而，由于其纤维增强体的特殊结构，它在受到压缩加载时表现出一些特殊的性能。
二、纤维增强复合材料的压缩性能影响因素1. 纤维增强体类型：不同类型的纤维增强体具有不同的结构和性能特点，因此对材料的压缩性能产生了影响。
如碳纤维具有高模量和高强度，能够提高复合材料的耐压性能。
2. 纤维体积分数：纤维体积分数是指纤维在复合材料中所占的比例。
在一定范围内，增加纤维体积分数可以提高复合材料的压缩强度和刚度，但过高或过低的纤维体积分数都会影响材料的性能。
3. 纤维排列方式：纤维在复合材料中的排列方式也对材料的压缩性能有影响。
常见的排列方式有单向、双向、多向等。
不同的排列方式会导致复合材料在受到压缩力时的不同应力分布。
4. 基体材料：基体材料对复合材料的压缩性能也具有重要影响。
通过选取合适的基体材料，可以改善复合材料的压缩强度和耐压性能。
三、纤维增强复合材料的压缩性能测试方法为了研究纤维增强复合材料的压缩性能，需要进行一系列的力学性能测试。
目前常用的测试方法有：1. 压缩强度测试：通过加载复合材料样品，在组织学检测仪上观察其破坏形态，并记录其破坏强度。
这种方法能够直观地反映出材料在受压力时的承载能力。
2. 压缩模量测试：通过加载复合材料样品，在力学性能测试仪上测定其应力-应变曲线，进而计算得到材料的压缩模量。
这种方法适用于材料的刚度评估。
3. 石蜡浸渍法：将复合材料样品浸渍于融化的石蜡中，制成浸渍体。
复合材料层压板冲击后压缩剩余强度的统计分析与可靠性评估
收稿日期： 2003-10-13 ；修订日期： 2004-02-12 基金项目： 中国博士后科学基金 （ 编号： 2003033039 ） 和江西省材料 中心开放基金 （ 编号： ZX200301006 ） 资助项目
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航
空
学
报
第 25 卷
采用极大似然估计方法计算 Weibull 分布的 形状参数 ! 与比例参数 " 的估计值 ! ^ 和 "。 ^ 通过求解下列一对似然方程， 得到估计值 !
观测显著性水平由下式计算 0 SL = 1 /｛ 1 + exp ［ - 0 . 10 + 1 . 24ln （ A D * ）+ 4 . 48 （ AD* ） ］ ｝ （5） A D * =（ 1 + 0 . 2 / ! n） AD 。 其中： 如果 0 SL s 0 . 05 ， 则样本不是来自 Weibull
［ 2 ~ 4］ 法 。在该方法中， 不仅将工作应变和许用强
^ "n !
^ n - nln" + ^ ! n源自^^ ! "!
^ ^ -1 n
n ^ 2 X! i = 0 i =1
（1）
^
2 lnXi i =1
2 i =1
( ")
Xi
^
^ !
（ lnXi - ln"） = 0
（2 ） 式中：n 为样本大小；X（ …， n ）表示样本 i i = 1， 中第 i 个观测值。 根据上述方法， 由本次冲击后压缩剩余强度 数据 （ 破坏应变） 获得的估计值为 ! ^ = 27. 358 ，" -3 = 3. 676 X 10 。
表4 Table 4
碳纤维增强编织复合材料圆管制备及其压缩性能
碳纤维增强编织复合材料圆管制备及其压缩性能谷元慧;张典堂;贾明皓;钱坤【摘要】为进一步探究编织结构与长度对复合材料圆管压缩性能的影响,采用树脂传递模塑成型工艺复合二维编织铺层与三维四向编织圆管,通过轴向准静态压缩试验获取了4种复合材料圆管试样的压缩力学行为.结合高速摄影记录,分析了编织复合材料圆管的破坏过程及失效模式,探索其压缩失效机制.结果显示:试样均表现出弹塑性特征,但三维编织圆管呈现出更好的压缩承载特性,其压缩模量与载荷峰值分别达到5.91 GPa与14.23 kN;试样呈现出纤维断裂、基体开裂脱黏、瓣状破坏、剪切以及挤压屈曲等破坏模式中的几种或全部的组合;二维编织复合材料圆管的渐进失效特征更为明显,具有较好的吸能特性,且其压缩模量随管件长度的增加而有所提升,但是吸能效果与试样长度呈非线性关系.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2019(040)007【总页数】7页(P71-77)【关键词】树脂传递模塑成型;编织复合材料;压缩试验;破坏模式;吸能特性【作者】谷元慧;张典堂;贾明皓;钱坤【作者单位】生态纺织教育部重点实验室(江南大学) ,江苏无锡 214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学) ,江苏无锡 214122;安徽省高等学校纺织面料重点实验室,安徽芜湖 241000;生态纺织教育部重点实验室(江南大学) ,江苏无锡 214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学) ,江苏无锡 214122【正文语种】中文【中图分类】TB332碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种先进的新型材料，因其相比传统的金属材料具有更高的强度和模量、耐冲击等优异性能以及满足人们对于材料构件轻量化的需求而被广泛应用于军工、航空航天、轮船、汽车等领域[1-3]。
管件是实际工程应用中较为常见的构件之一，利用编织结构制作的复合材料管件不但具有高的损伤容限，其能量吸收能力也远远大于同尺寸规格普通金属吸能装置[4-6]。
复合材料压缩试验
1）若破坏前出现断裂，则是由于 部分增强纤维的失稳。
2）若在较小载荷下，从 曲
线上出现断裂，则可能是试件本身 及安装不正确或变形受到了约束。
•当垂直于纤维铺层方向加 载时，呈现出非线性，其 程度取决于聚合物基体的 性能。
•纤维与基体粘接不牢时， 这时材料远没达到最大载 荷，随着粘接界面的破坏 而开始破坏。
1/ 1 0.4k2 k－试样几何形状和各向异性的参数
第二个区域中，环发生压缩破坏。 第三个区域（厚壁环）中，要考虑边界条件，不仅要考虑 也要考虑 r 三个区域的边界取决于材料的各项异性。
当外力加载时，由于内层的剥离，要正确计算压缩强度通常 非常困难。
－当内层片保持为环状时的能量与同一层片剥离和失稳后的 能量之差，高于内层片的结合能量时，内层片发生剥离并随 后失稳。当层片厚度为 h0 时，临界应力等于：
[ 30]/29层0 板压缩破坏表面纤维断裂
侧向形貌，900层横向裂缝，层间组阻挡裂纹扩 展
[ 25]/层90板受压分层纤维断裂及其留在
基体中的烙印
[ 30 /]9T层0 板破坏表面
[ 45/ 0]/碳布45压缩破坏断口
•载荷垂直于增强纤维方向，复合材料常由于在同基体 剪切强度相当的应力下失稳而破坏，此时试样破碎成 棱柱块。
1
r
0.916E
h Ri
2
k
h0 Ri
1
2
式 k 4.77 /(E Ri )
中 －格里菲斯提出的比破坏能
Ri 环的那半径
环状试样内表面分层
由剥离造成的分层可分为两种：①对于螺旋缠绕的试样，可 能会使缠绕开始松散；②对于圆周叠层的试样，可能会出现 逐层剥离现象。
－在测量径向弹性模量 E时r 也采用外压法。这时利用外压P对
不同编织形式经编织物树脂渗透性及力学性能的研究
不同编织形式经编织物树脂渗透性及力学性能的研究王怡敏; 燕春云; 张坤; 高志成; 王永利; 吕凯明【期刊名称】《《高科技纤维与应用》》【年(卷),期】2019(044)005【总页数】7页(P54-60)【关键词】流动速度; 衬纱方向; 平整度; 玻璃纤维网格布【作者】王怡敏; 燕春云; 张坤; 高志成; 王永利; 吕凯明【作者单位】江苏恒神股份有限公司江苏丹阳 212300【正文语种】中文【中图分类】TQ342+.740 引言随着复合材料工业对成型工艺的要求越来越高，特别是对成型工艺的环保及成本方面的要求越来越高。
真空辅助成型技术(Vacuum Assisted Resin Infusion，简称VARI)是近年发展起来的一种新型复合材料成型工艺[1-3]。
VARI有以下几方面的优点：模具成本低(VARI成型不需要能承受注射压力的成型模具,也不需要成型压力)；处于真空负压下的树脂将完全渗透、浸渍层压板,没有了二次胶接带来的麻烦；同大多数复合材料成型工艺相比,VARI具有很好的可重复性；成型的制品纤维含量高、性能高、孔隙率低；大厚度、大尺寸制件的成型使用VARI更为适合,尤其适用于船舶、风电、飞机、汽车等行业发展迅速[4-6]。
目前国内外针对树脂在织物中渗透率的研究多数集中在碳纤维本身、机织物的形式、树脂本身、成型方法和温度等方面的影响[7-10]。
张嘉阳等[11]针对单向无纬织物和单向无屈曲织物，采用树脂传递模塑工艺制备其复合材料并研究两种织物的渗透率的差别，结果表明树脂沿织物0°方向的渗透率较高。
朱哲等[12]针对基体树脂流变性能、纤维织物渗透率测试方面进行了相关研究。
吴凯文等[13]针对单轴、双轴和四轴三种不同碳纤维经编织物研究了渗透特性，实验表明铺撒定型剂之后渗透率增加15%。
Lee等[14]研究了真空灌注过程中纤维束之间宏观气泡和纤维单丝之间微观气泡的形成过程；文中利用红外光学仪器实时监测树脂的流动前沿；由树脂流动控制方程推导出树脂在纤维束之间的流动时间，以及利用纤维单丝内的流动时间来预测气泡的产生。
复合材料层板冲击损伤特性及冲击后压缩强度研究
２１ ０ １年 ２月
航
空
材
料
学
报
Ｖｏ． １３Ｉ，Ｎｏ ．Ｉ
Ｆ ｂ ｕａ ｙ ２ ｅ ｒ ｒ ０１ １
Ｊ ＲＮＡＬ Ｏ ＲＯＮＡ Ｉ ＡＬ ＭＡＴ ＲＩ Ｓ ＯＵ Ｆ ＡＥ ＵＴ Ｃ Ｅ ＡＬ
复 合 材 料 层 板 冲 击 损 伤 特 性 及 冲 击 后 压 缩 强 度 研 究
合材 料冲击损 伤及其 冲击 后压 缩强 度 （ Ａ ） Ｃ Ｉ 的试 验
研究 一直是许 多研究 者关 注的 中心 。
复合 材料 层合 结 构在 制造 和 使用 过程 中， 可 不 避免 地会受 到损伤 ， 尤其是低 能量 物体 的冲击 ： 包括 各种 工具 的掉落 ， 飞 、 陆过程 中从跑道卷 起的石 起 着
特性 和冲击 后剩余 压缩强 度的关 系。
１ 层 合 板 冲 击损 伤试 验 研 究
１ １ 冲 击 试 验 装 置 ．
复合 材料韧性 进行表 征 。由于低速 冲击 损伤压 缩性
能与 铺层材料 、 铺层顺 序 、 度 、 件的边 界条件 、 厚 试 支 持条 件 以及 冲击物 的特 性 等 多种 因素 有关 ， 因此 复
林 智 育 ， 许 希 武 ， 朱 伟 壶
（ 京航 空航 天 大 学 航 空 宇航 学 院结 构 强 度 研 究 所 飞 行 器结 构 力 学 与 控 制 教 育部 重 点 实 验 室 ， 京 ２ ０ １ ） 南 南 １ ０ ６
摘 要 ： 两 种材 料 体 系 （ ３０ Ｑ ８ １ 对 Ｔ ０ ／ Ｙ ９ １和 ＂０ ／ ４ ５ ／ 层 的 复 合 材 料 层 板 进 行 三 种 支持 条 件 （ １ ０ ５０ ） 铺 ＂ ３ 冲击 点无 支 持 、 梁 凸缘 或长 桁 凸缘 支 持 和 肋 凸缘 支 持 ） 六 种 冲击 能量 等 级 的 冲 击 损 伤 特 性 及 冲 击 后 压 缩 强 度 试 验 研 究 。讨 论 了 冲 、 击 能量 、 持条 件 等 与 冲 击 损 伤 特性 和剩 余 压 缩 强 度 的 关 系 ， 究 结 果 表 明 ， 击 表 面 凹 坑 深 度 和 冲击 损 伤 面积 可 支 研 冲
编织型复合材料的冲击及冲击后压缩强度的试验研究
合 板 ， 寸为 １０ 尺 ５ ｍｍ × ｌ Ｏ Ｏ ｍｍ × ３ ５ ． ｍｍ， 标 准 按 工 艺成 型 ， 维 体 积 含 量 （ ５ ２ ５ 。 织 方 法 为 纤 ６士 ．％ 编
８ Ｈ。树 脂 含 量 ４ ±２ ５ ， 层 厚 度 ０ ３ ｍｍ Ｏ ． 单 ．５ 预
可 以适 应 高 效 率 的 自动 化 生 产 方 式 ， 层性 好 ， 铺 在 模 塑 过 程 中 ， 保 持 纤 维 不错 位 ， 于 制 造 各 种 不 能 易
１１ 试验 方案 ： ． 根 据 本 研 究工 作 的 基 本 思 想 即 研 究 冲 击 过 程 的 响 应 及 冲 击 后 损 伤 区 周 围 的 应 力 分 布 ． 实 验 本
１ ３ 冲击 装 置 和 冲 击 记 录 设 备 ： ．
冲击装置 由可调 的支 架构成 ， 击装 置及记 冲 录 装 置 见 参 考 文 献 ［ ］ ４。
１４ 试 验条件与过程 ： ．
针 对 这 一 新 型 编 织 复 合 材 料 的 冲 击 响 应 及 冲击 后
压缩 强 度 （ ＣＡＤ进 行 研 究 ， 对 结 果 进 行 讨 论 。 并 二 维 平 纹 编 织 复 合 材 料 板 是 较 简 单 的 纤 维 结 构 形
式 。 它是 由 多 层 预 浸 织 物 构 成 的 ， 后 经 过 一 个 与 然
（ ）试 验 采 用 了 四 种 冲 击 能 量 ， 细 的 情 况 １ 详 见 表 。每 种 冲 击 能 量 用 三 个 试 件 ， 击 试 验 后 ， １ 冲 试 件 进行 Ｘ 射 线探 伤 ， 到 冲击 损 伤尺 寸 ． 进 得 并
中图分 类 号 ： ３ ２ ＴＢ ３
冲击后压缩剩余强度表征cai
冲击后压缩剩余强度表征cai
冲击后压缩剩余强度（CAI）是一种用于评估复合材料在受到冲
击加载后的剩余强度的指标。
这个概念主要用于航空航天和汽车工
业中，因为这些行业对于材料的性能和安全性要求非常高。
从材料角度来看，CAI是指在复合材料试样经历冲击加载后，
在受压状态下仍能承受的最大力量。
这个指标对于评估复合材料在
实际使用中可能遇到的冲击加载情况非常重要。
通过对CAI的评估，可以更好地了解材料在冲击加载后的剩余强度，从而更准确地预测
材料的使用寿命和安全性能。
另外，从工程角度来看，CAI也可以被用来指导复合材料制品
的设计和制造过程。
通过了解材料的CAI，工程师可以更好地选择
合适的材料和优化设计，以确保制品在受到冲击加载后仍能保持足
够的强度和稳定性。
此外，CAI还可以作为质量控制和标准化的指标。
制造商可以
使用CAI来验证其产品的质量，并确保其符合相关的行业标准和规定。
总的来说，冲击后压缩剩余强度（CAI）是一个重要的指标，它从材料性能、工程设计和制造质量控制等多个角度影响着复合材料制品的安全性能和可靠性。
对于研究人员、工程师和制造商来说，深入了解和评估CAI是非常重要的，可以帮助他们更好地应对复合材料在实际使用中可能遇到的冲击加载情况。
编织复合材料低速冲击响应与破坏模式分析
编织复合材料低速冲击响应与破坏模式分析胡靖元;陈利阳;齐风华;张毅【摘要】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.【期刊名称】《工程与试验》【年(卷),期】2013(053)002【总页数】5页(P8-11,81)【关键词】编织复合材料;低速冲击;响应;破坏模式【作者】胡靖元;陈利阳;齐风华;张毅【作者单位】中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471003;中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471003;中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471003;中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471003【正文语种】中文【中图分类】TB3321 引言编织复合材料是一种性能优异的新型结构复合材料，在构造上克服了传统复合材料层合板易分层、厚度方向强度低等缺点，具有较好的稳定性和对复杂外形的适应性，广泛应用于航空航天、交通运输和船舶工业等领域中。
空间展开结构是航天科技发展开拓的一个崭新领域，采用高比刚度、高比强度和高几何稳定性的材料制作而成。
充气支撑结构是最基本的展开结构形式，由柔性编织复合材料制作而成。
应用中通过充气膨胀，由折叠状态逐渐展开并固化，形成具有较高刚度的稳定工作结构和所要求的空间形状，作为有效的支撑结构系，可用于支撑管、支承太阳帆、太空望远镜、减速系统、天线等［1－2］。
充气结构在材料固化后，有受到外来物冲击的可能。
其中，低速冲击造成的损伤往往在受冲击表面很难觉察，目视不可检，而内部和冲击内表面损伤严重。
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第22卷 第3期2002年9月航 空 材 料 学 报JO U RN A L OF AER ON A U T I CA L M A T ER IA L SV ol.22,No.3Sept ember2002编织型复合材料的冲击及冲击后压缩强度的试验研究郑海燕,刘元镛,郭伟国(西北工业大学,陕西西安710072)摘要:通过对冲头进行设计,和采用多通道的数据采集系统,得到较为详尽的冲击响应的过程(包括冲击力,试件的正背面响应,离冲击点不同距离的响应)。
并且本文还进行了冲击后的压缩试验,对编织型复合材料在不同冲击能量下的压缩破坏载荷,及损伤后不同位置的响应进行了记录和讨论,是一个全面了解冲击和冲击后压缩的应力分布和破坏载荷的较为满意的实验研究方法。
关键词:复合材料;编织型;冲击损伤;冲击后压缩中图分类号:T B332 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2002)03-0033-05 编织型复合材料是国外八十年代后期发展起来的一种新型结构设计的复合材料,由于纤维增强编织复合材料比传统的层合板有较好的层间刚度,层间强度和韧性性能,且抗冲击性能好,加之可以适应高效率的自动化生产方式,铺层性好,在模塑过程中,能保持纤维不错位,易于制造各种不规则外形的构件。
故采用编织和缝纫纤维加强的复合材料做为结构件在航空,航天和汽车工业里有着很大的潜力。
但由于其结构的复杂,对于这种材料,还有许多不同于传统复合材料的性质需要进行试验和讨论,特别是损伤后的压缩破坏试验尤为重要。
目前采用的冲击试验,大多数都没有全面的记录冲击过程中的各种响应[1,2,3],本文即是针对这一新型编织复合材料的冲击响应及冲击后压缩强度(CAI)进行研究,并对结果进行讨论。
二维平纹编织复合材料板是较简单的纤维结构形式,它是由多层预浸织物构成的,然后经过一个与单向带层合板相类似的成型和固化过程而形成。
纤维是由相互正交的两束纤维组成,纤维结构是由经向和纬向的纤维相互交叉方式决定的[1]。
不同的二维编织结构使用一定的代号表示,本文所研究的8H编织复合材料即表示其代表单元是径向和纬向的各八束(纬纱从上面穿过7根,再从下面穿过一根经纱)组成的。
1 试验条件及方法收稿日期:2001-11-28;修订日期:2002-06-05作者简介:郑海燕(1978-),女,硕士。
1.1 试验方案: 根据本研究工作的基本思想即研究冲击过程的响应及冲击后损伤区周围的应力分布,本实验采用了如图1的流程。
1.2 试验材料: T300/913C碳纤维/环氧预浸织物制成的层合板,尺寸为150m m×100mm×3.5mm,按标准工艺成型,纤维体积含量(65±2.5%,编织方法为8H。
树脂含量40±2.5%,单层厚度0.35mm,预浸料与纤维单位面积重量分别为(540±30)g/m2和(370±14)g/m2。
1.3 冲击装置和冲击记录设备: 冲击装置由可调的支架构成,冲击装置及记录装置见参考文献[4]。
1.4 试验条件与过程: (1)试验采用了四种冲击能量,详细的情况见表1。
每种冲击能量用三个试件,冲击试验后,试件进行X射线探伤,得到冲击损伤尺寸,并进行压缩试验。
表1 冲头质量及冲击高度和能量T able1 Impacto r mass.impa ct height and ener g yIm pacto rmass/kgI mpacthig ht/mImpa ctenerg y/J1 1.2290 1.250015.05520.89600 1.250010.97630.68500 1.25008.391240.68500 1.0200 6.8473 (2)接触力测量的原理:测定接触力采用的是在冲头部位贴应变片,并事先进行标定的方法。
为了测量的精度,冲头采用空心的结构设计。
为了测量时导线引出的需要,后续连接的砝码采用了侧边开孔的方法。
(3)冲击损伤后的压缩强度试验是在IN-ST RON 拉压试验机(10吨)上进行的,在压缩过程中,为了保证试件的对中性,防止试件的失稳,采用了侧边侧板来防失稳的压缩夹具,并在离试件冲击点较远位置的左右、前后贴应变片以观察试件压缩过程中的对中性和破坏过程的特点。
图1 实验流程图Fig.1 T est flo w char t2 实验结果及讨论 图2示出了冲击力在冲击过程中的响应,同时比较了在不同冲击能量下的响应峰值,随着冲击能量的增加,冲头的冲击力峰值呈有规律的增加,且随着冲击能量的增加,冲击时间亦增大。
另外,从响应曲线的形状可见,在达到峰值前,不同能量下的冲击力上升的斜率基本不变,并缓和的达到峰值,达到峰值后,载荷不是陡峭的急剧下降。
波形曲线有一定的宽度,这是与传统的交叉铺层层合板不一样的地方。
图2 冲击力的响应过程(冲击能量分别为6.847J,10.976J,15.055J)F ig .2 Respo nse pro cess o f impact for ce(Impact Energ y : 6.847J ,10.976J ,15.055J ) 此外,对不同冲击能量下冲击力的最大值进行观察,基本符合二次关系式。
根据拟合得:F m ax =- 1.7411+ 1.38X -0.04465X 2(X 为冲击能量值,单位为J),由此可求得能量为8.3912J 的F max 为6.70kN 。
在同一冲击过程中,正面受压,背面受拉,从图3中的正背面的应变值的大小可以看出,背面的应变的绝对值比正面要大得多,这也验证了为什么冲击损伤的区域背面要比正面大得多。
图4显示了距离冲击点不同位置的应变的不同,离中心点较远位置所受到的应力要比近端小得多。
图3 正背面比较F ig .3 Strains o f fro nt andback图4 距冲击点不同距离的冲击响应比较 Fig.4 Compar ison w ith r espo nse o fdiffer ent distance fr om im pact point34 航 空 材 料 学 报 第22卷 图5比较了不同冲击能量下,损伤面积的变化,损伤面积按幂指数规律变化。
随着冲击能量的增加,损伤面积增大趋于平缓。
这说明了编织型复合材料能有效的阻止损伤的扩展,使其具有较大的剩余强度。
在图5中需要注意的是将损伤面积与冲击能量的曲线外延以后,得到损伤面积为0时的冲击能量为1J 左右即为该试件的冲击能量阀值,结果与文献[5]相吻合。
图5 不同冲击能量下的损伤面积F ig .5 Damag e area w it h differ ent impact energ y 图6显示了不同冲击能量下,压缩破坏值的变化,冲击能量越大,对冲击后压缩造成的影响越大。
能量为8.3912J 的破坏试验因破坏发生在根部的夹持部位,所以未在图中示出。
图7记录了在压缩过程中,前后两个表面的同一位置的应变值,可以看出当试件快断裂时,才出现两个部位应变的不同,有效证明了试验中加载是平衡的压缩载荷。
图8记录了冲击损伤区周围的三个位置的应变值(分别为左,中,右)从图可以看出,左右对称的位置上,应变基本相同,但中间稍小一些。
这是由加载方向与损伤区的基本对称的形态决定的。
从图7和图8的试验结果,可有效的证明本试验结果是有效和可靠的。
图6 不同能量下的压缩破坏值Fig .6 Str eng th o f CA I w it h differ ent impact energy图7 正背面应变与压缩力关系 Fig.7 F ro nt and back str ainV S compressio n force图8 左右中应变与压缩力的关系 Fig.8 L eft,centr e and r ig ht strainV S compressio n for ce 为了比较编织型复合材料与单向带复合材料冲击后的压缩强度。
Kim JK [6]研究了相同尺寸的编织型复合材料层合板与普通角铺层层合板的冲击后剩余强度。
图9,图10显示了单向层合板与 图9 层合板与编织复合材料板剩余强度与冲击能量关系图 Fig.9 T he co mpar iso n o f CAI bet weenw ov en co mpo site and cr oss-plies35第3期 编织型复合材料的冲击及冲击后压缩强度的试验研究 图10 层合板与编织复合材料板剩余强度冲击损伤面积的关系图 F ig.10 T he com par ison o f CAI betw eenw ov en co mpo site and cr oss -plies编织复合材料板剩余强度与冲击能量及冲击损伤面积的关系图(图中的剩余强度是正则化的剩余强度)。
纤维编织复合材料板受冲击后的压缩剩余强度大于或等于单向带复合材料板受冲击后的压缩剩余强度。
3 试件的损伤情况 图11示出试件在不同能量冲击下,用X 射线探伤得出的损伤情况。
冲击能量从左到右分别为6.8473J,10.976J,15.055J 。
在图11所示的照片中,深色部位表示损伤严重,稍浅的部位损伤较轻。
因损伤部位明显的地方,有纤维断裂和基体的损伤,因此X 射线渗透液进入得完全,相应的就显得较黑。
根据试验观察按冲击能量的大小,损伤在不同的冲击能量下有如下几种情况: (1)当能量小于某一阀值时,外来物冲击不会造成任何损伤,即存在损伤阀值。
(2)当能量超过一定的阀值,在本试验中,在4J 的冲击能量下,虽然层合板两表面均观察不到损伤,但试件内部已经有分层。
(3)能量进一步增大后,冲击表面会产生目视可检损伤,冲头接触部位出现一定深度的凹坑,还可观察到纤维断裂。
背面的裂纹往往更加严重,损伤面积内部分层更加严重,用X 射线探伤的结果显示:内部损伤面积大于表面的损伤。
上述损伤情况与文献[7]试验结果相符合,且损伤面积的变化趋势如图7。
图11 冲击损伤区域X 射线探伤照片F ig.11 P ho to s o f impact da mage ar ea by X -r ay4 结论 本文提出的试验研究方法对全面了解冲击和冲击后的压缩的应变分布和破坏载荷是可行和有效的。
试验给出了8H 编织复合材料在低速冲击下,冲击阀值为1J 左右。
在同一冲击能量下,编织型复合材料板冲击后的压缩剩余强度比角铺层层合板要大,但是编织型复合材料在加载过程中损伤的扩展要小,使编织结构有效阻止了损伤的扩展,具有更大的剩余强度。
参考文献:[1]沈真、章怡宁、黎观生,等.复合材料结构设计手册[M ].北京:航空工业出版社,2001.11.[2]张子龙,程小全、益小苏,等。