纤维增强材料冲击性能测试

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1、纤维增强材料的冲击性能测试—・概念衡量材料韧性的一种指标，通常定义为试样在冲击载荷的作用下折断或折裂时，单位截面积所吸收的能量。二•测试方法（简支梁式冲击方法）1.实验原理将锤头升高，然后让锤头自由落下，把势能转化为动能作用在模型上。一般为了产生集中载荷，并保证加载的方向，通常在模型上方安置一个可沿铅垂方向移动的加载头，由它把冲击波传递给模型，试件承受三点弯曲的受力形式。2•实验仪器（落锤）落锤.加载头»试件图2-7自由落锤系统3.试验内容a.对3种炭纤维增强树脂基复合材料(T300/NY9200乙T300/QY8911和T700S/5228)层合板进行了落

2、锤冲击实验，并对冲击后试样进行了冲击后压缩性能测试。b.通过对凹坑深度一单位厚度冲击能量(d-e)曲线，损伤而积一凹坑深度(S・d)曲线和冲击后压缩破坏应变凹坑深度(E-d)曲线的对比分析，讨论了这3种复合材料层合板的低速冲击性能(即损伤阻抗和损伤容限)。利用热揭层技术对拐点前后的复合材料损伤状态进行了观察，损伤机制进行讨论。4•试验数据分析a.凹坑深度与冲击能量的关系3.0EE一C20图I凹坑深度-单位厚度冲击能虽(/(?)曲线Eig・IDentdeplhim

3、)a(4energyj)erlliicknessrnillimeter(d~e)curves厚度

4、冲击能量(de)曲线如图1所示。从图1可以看出，随单位厚度冲击能量从戢低值逐步提高，3种材料的凹坑深度开始均以较小的斜率呈线性增大，当凹坑深度超过一定值后(本文中为0.4mm)，凹坑深度的增长速率均明显增大。以0.4mm凹坑深度为分界点(拐点)可将这3种材料的凹坑深度■单位厚度冲击能量(d・e)曲线分为2条不同斜率的线性区.T300/NY9200Z,T300/QY8911和T7005/5228材料拐点处单位厚度冲击能量分别为4.2,3.7和7.0J/mmoT300/NY9200Z和T300/QY8911这2种材料拐点处单位厚度冲击能量相近，都远低于T7005

5、/5228材料拐点处的单位厚度冲击能量。从凹坑深度来看，在所考察能量范围内的同一单位冯度冲击能量下，T700S/5228复合材料层合板的损伤要小于T300/NY9200Z和T300/QY8911材料的损伤。b.损伤面积与凹坑深度的关系1()00()O00800600■T300/NY9200Z4(□T300/QY891I△T700S/5228Dentdepth/mm图2损伤面积-凹坑深度(SW)曲线Fi目・2Damagearea-dentdepth(S~d)curves从图2看，尽管这3种材料的损伤面积绝对数值有所差异，但其损伤面枳与凹坑深度的关系均有以下规律

6、:0.4mm凹坑深度处也存在拐点，以拐点为界，3种材料的S—曲线也可以分为2部分，拐点前，随凹坑深度增加，损伤而积均明显增人，拐点后，损伤而积均趋于稳圧，基本达到了门槛值。T300/NY9200Z,T300/QY8911,T700S/5228复合材料损伤面积门槛值分别1130,1300,7370其中T7005/5228复合材料分层损伤面积如此之大，损伤直径已达到75mm,而试宽度为100mm,不能排除受边界固支条件影响导致损伤进一步扩展受限的可能。对于T7005/5228复合材料拐点后损伤面积趋于稳定的确切原因还需要做进一步研究才能确定。a.压缩破坏应变与凹

7、坑深度的关系7500ETi/oeduqu«0三一£u.2ssaldluoo006000045)0□□□□□△■T300/NY9200Z□T300/QY8911△T700S/5228150011110,00.51.01.52.02.5Dentdepth/mm图3冲击后汗「缩破坏应变■凹坑深度(7)曲线Fig.3Compressionfailurestrainafterimpact-dentdepih(E-d)curves图3给出了T300/NY9200ZJ300/QY8911和T700S/5228复合材料的压缩破坏应变与凹坑深度的关系。从冲击后压缩破坏应变■凹

8、坑深度(E・d)曲线上也可以看到类似的拐点现象:拐点前，随凹坑深度增加，3种材料的压缩破坏应变均迅速降低;拐点后，随凹坑深度增加,压缩破坏应变的降低变得极为平缓，基木达到了门槛值。T300/NY9200乙T300/QY8911和T700S/5228复合材料的压缩破坏应变门槛值分别为2950,3750,2750。4.试验结论实验结果表明，在3种材料的d・e曲线，S・d曲线和E・d曲线上均存在对应的拐点，该拐点同时也是不同损伤形式的转变点。凹坑深度在小于拐点时，损伤形式以基体裂纹和分层损伤为主，凹坑深度大于拐点时，分层损伤基本不再扩展，损伤的发展主要以纤维断裂的

9、扩展为主。