复合材料的低速冲击特性与损伤模式

复合材料的低速冲击特性与损伤模式

查阅了与之相关的文献，具体实验如下： 采用以PBT(poly butylene terephthalate)为基体、 双向编织的平纹玄武岩纤维布为增强基的复合 材料层合板。文中落锤冲击试验过程根ASTM 实验标准执行，试样尺寸为120mm×120mm， 冲头为直径12.7mm的球头，在落锤试验机上通 过改变落锤的高度来调节冲击能量，其中冲头 的质量为16kg，分别对试样施加100J和50J的冲 击能量。
损伤分类
宏观（变形状态）： 弹性损伤 弹塑性损伤 蠕变损伤 疲劳损伤 微观（损伤形式）： 微裂纹损伤（micro-crack） 微孔洞损伤（micro-void） 剪切带损伤（shear bond） 界面（interface）

损伤力学旨在建立受损材料的本构关系、 解释材料的破坏机理、建立损伤的演变 方程、计算构件的损伤程度、从而达到 预估其剩余寿命的目的。
实验设备


对于复合材料层合板来说，主要是 通过弹塑性变形和损伤来吸收冲击动能， 而损伤失效模式主要表征为穿透、侵入、 基体开裂、基体挤压、纤维断裂和分层 等。 设置两个冲击能量，大小分别为50J 和100J。当冲击能量为50J时，复合材料 呈现为侵入损伤模式; 当冲击能量为100J 时，复合材料呈现为穿透损伤模式。
损伤力学简介
讲稿人： 闫华杰 指导教师：王吉会
Contents

损伤相关概念 损伤分类 复合材料的低速冲击特性与损伤模式
相关概念


损伤：在外载和环境的作用下，由于细 观结构的缺陷（如微裂纹、微空洞）引 起的材料与结构的劣化过程，称为损伤。 损伤及在变形过程中损伤的 演化发展直至破坏（微裂纹的萌生、扩 展或演变、体积元的破裂、宏观裂纹形 成、裂纹的稳定扩展和失稳扩展）力学 过程的学科。
侵入损伤的典型曲线——冲头位移速度能量以及 接触力随时间位移的变化曲线。
穿透损伤的典型曲线——冲头位移速度能量以及 接触力随时间位移的变化曲线。

冲击实验结果显示: 冲击能量的大小 直接影响了复合材料对应的损伤模式冲 击能量为50 J时，复合材料呈侵入损伤; 冲击能量为100J时，复合材料呈穿透损 伤，且侵入损伤呈闭环特性，能量比率 小于1；而穿透损伤呈开环特性，能量比 率等于1。