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《复合材料冲击损伤及冲击后压缩强度的等效实验方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第16卷第3期实验力学Vol.16No.32001年9月JOURNALOFEXPERIMENTALMECHANICSSep.2001文章编号:1001-4888(2001)03-0313-07复合材料冲击损伤及冲击后a压缩强度的等效实验方法11,21张子龙,程小全,益小苏(1.北京航空材料研究院先进复合材料国防科技重点实验室,北京100095;2.北京航空航天大学飞机设计研究所,北京100083)摘要:简要论述了复合材料低速冲击及冲击后压缩的研究情况,比较了几种不同的冲击后的压缩实验方法,选取一种小尺寸试
2、件方法,对复合材料低速冲击后的压缩行为进行研究,并将结果与有关文献进行了比较,实验结果与文献结果具有一致的变化规律.研究结果显示,对于材料研究,该方法可以用来表征复合材料冲击后的压缩特性.使用该方法可以大大节省实验费用及周期.关键词:复合材料;实验研究;冲击损伤;冲击后压缩中图分类号:TB33;O316文献标识码:A1引言由于低速冲击大大削弱了一般复合材料层合结构的承压能力,低速冲击后层合板的压缩性能是复合材料结构损伤容限设计必须考虑的严重情况之一,甚至用来对纤维增强树脂基复[1]合材料的韧性进行综合表征
3、.由于低速冲击后复合材料的压缩性能与铺层材料、顺序、厚度、试件的边界条件和冲击物的条件等多种因素有关,因此,复合材料的冲击损伤及其冲击后压缩(CAI)强度的实验方法,多年来一直是许多研究者关注的中心.复合材料层合板CAI的实验方法很多,迄今为止,却没有一个大家都能接受的国际标准.目前使用最多的CAI实验方法应数SACMA/Boeing标准和NASA标准,但是这些方法费用高,对新材料的研究开发不利,因此小试件实验方法开始引起人们的关注.本研究工作的目的在于寻找一种能够与已有的CAI实验方法等效的方法,这种方
4、法在材料研究过程中,尤其是在配方筛选阶段有效,并且具有节省试件制备及实验周期,有效降低CAI实验的成本等特点.表1给出了几种CAI实验方法的有关技术条件,可见不同的方法,实验条件相差很大.因为复合材料的CAI值与冲击目标的边界条件等因素密切相关,因此一种a收稿日期:2000-07-12;修订日期:2001-06-12作者简介:张子龙(1963-),男,高级工程师.主要从事复合材料实验力学、复合材料损伤力学等研究.314实验力学(2001年)第16卷实验方法的提出不仅要与别的实验方法进行结果对比,更应该进行
5、深入的理论分析,而这方面现已提出的许多实验方法尚有不足.本文将采用表1中的QMW方法对一种复合材料进行CAI实验研究.表1几种复合材料CAI实验方法试件尺寸冲头直径冲头质量冲击能量名称支持形式铺层形式(mm×mm)(mm)(kg)(J/mm)300×175冲后125×125方形[2]12.554.45[45/0/-45/90]NASA6S切至250×125域,固支SACMA[3]76×127矩形,6.67150×100165[45/0/-45/90]4S[4]四点固支4.45/Boeing冲后切至5100
6、环形根据需[5]10[45/0/-45/90]CRAG2S180×50固支要选取QMW[6]89×55540域,固支204[45/0/-45/90]2SUTK[7]150×50530域,固支161[45/0/-45/90]2S2实验2.1材料与试件实验选用T300增强的改性环氧复合材料体系T300/5228,试件用材料的纤维体积含量约为60%.试件尺寸(长×宽)为89mm×55mm,铺层顺序为[45/0/-45/90]2S共16层,按照表1中的QMW方法进行实验,试件用料仅为NASA方法的1/32,为SA
7、CMA方法的1/6,可见其节省材料的效果是显著的.2.2冲击实验装置复合材料层合板的低速冲击实验装置示意图见图1.试件夹持在两钢板之间,冲击部分是直径为40mm的圆形区域.冲头是一个直径为20mm的钢质半球形端部,冲头轴线与板平面垂直.冲击物的质量固定在4.062kg,通过调整冲头的下落高度,来控制冲击能量和速度;所有试件不发生二次冲击.2.3冲击后压缩实验装置低速冲击后复合材料层合板的压缩实验在MTS880-50KN电液伺服疲劳实验机上进行,为了能随时观察加载过程中损伤的扩展情况,记录外观损伤的变化,由
8、人工控制加载的速度.压缩实验夹具由边界支持和上、下压板组成,这样能保证压缩板不易发生总体失稳破坏.压缩实验夹具见图2所示.2.4层合板冲击损伤检测复合材料层合板的低速冲击损伤和冲击后在压缩载荷作用下损伤的扩展一般都以隐含在板内部的分层等形式为主,在试件的表面也可以观察到诸如板的冲击背面少量的纤维断裂,压缩过程中部分铺层局部屈曲等损伤.为了仔细了解层合板的损伤情况,本文采用了C扫描、热揭层、彩色照片记录、目视检测等方法对板的损伤
