编织型复合材料的冲击及冲击后压缩强度的试验研究

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三维编织复合材料力学性能研究进展

的有限元分析手段也被引入到编织复合材料的性能研究中。由于编织复合材料细观结构非常复杂，所以常用的处理方法为先简化复合材料的细观结构，再结合有限元方法对力学性能进行分析和预测。HAO 等[41]基于三胞模型研究了三维四向编织复合材料的拉-拉疲劳行为，使用 ABAQUS 建立不同编织角和纤维含量的单胞模型，分析了疲劳加载方向对疲劳损伤进程的影响，并且讨论了单胞模型结构参数对疲劳行为的影响，结果表明，平行于编织方向疲劳行为优于垂直方向；沿着编织方向，疲劳寿命随编织角增大而减小；纤维体积含量与疲劳寿命正相关。
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

８一１０ｃ３；ｈ８ｏ／ｈ模具的预热温度为１０ｃ０ｏ。
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：０１０：０１０：０
“ 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—１０ｃ５８ｏ，
固化时间约４～２ｈ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。Ｙｎ・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ＲＭ（Ｔ树脂传递模塑）工艺成型。ＲＭ的工艺参数Ｔ为：真空达到０１ａ树脂注入模具的压力为０抽．ＭＰ；．４ａＭｐ；固化周期：１０ｃ２— ｌ０ｃｌ一１０ｃ３ｏ／ｈ５ｏ／ｈ６ｏ／
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．ＰｒｎｖＡ．ｏｔｏａ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／ＩＬ复合材料的冲击行为Ｅ。其三ＰＡｉ一３１
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７４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

陈利刘景艳马振杰梁子青。李嘉禄，，，，
３０６２０１０；．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；．００５３常州纺织服装职业技术学院，常州
２３６）１１４
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
维普资讯
固体火箭技术第２９卷第１期
ＪｕｎｌｆＳｌｏｋｔｅｈｏｏｙｏｒａｏｉＲｃｅｃｎｌｇｏｄＴＶｏ．９Ｎ．０６１２ｏ１２０
三维多向编织复合材料压缩性能的试验研究①
ｎｓ，ｏｒｓｉｎｓｒｎｔＰｉｓｎａｉｉｒｉｉｇｐｏｅｓｐｒｍｅｅｎａｌｒｄｆｏｏｉｅａａｙｅ．Ｔｅ３５ｅｓｃｍｐｅｓｏｔｇｈ。ｏｓｏｇｒｔｗｔｂａｄｎｒｃｓａａｔｒａｄｆｉｅｍｏｅｏｍｐｓｔｗｅｎｌｚｄｅｏｈｓｕｃｅｈＤ一ｄｒｃｉｎｌｎｈＤ６ｄｒｃｉｎｒｉｅｏｏｉｓｋｅｉｅｒｅａｔｉｔａｄｔｅ３－ｉｅｔａｂａｄｄｃｍｐｓｔｅｐｌａｌｓｉｅｏａｏｌｅｎｃ；ｌｎｉｄｎｏｒｓｉｎｆｉｒｓｏｒｔｎｓ．Ｔｅｏｇｔｉａｃｍｐｅｓｏａｌｅｉｆｂｔｅｅｓｈｕｌｕｉｌｉｃｅｓｒｉｉｇａｇｅｍａｅｏｇｔｄｎｏｒｓｉｎｐｏｅｔｓｄｃｅｓ；ｔｅｄｃｅｓｆｆｅｅｓｏｄｒｃｉｎｒｉｅｎｒａｅｏｂａｄｎｎｌｋｓｌｎｉｉａｃｍｐｅｓｒｐｒｅｅｒａｅｈｅｒａｅｏｉｎｓｆ４－ｉｔａｂａｄｄｆｕｌｏｉｎｅｏｌ

玻璃纤维复合材料层合板冲击后的压缩强度

ＴｈｉｉｌｍｅｔｄｌａｓａｌｈｄｔｉｌｔｈＡＩｓｅｇｈｗｔｎｅｕｖｌｎｏｅａｄａｒｄｃｄｓｉｎｓｎｌ — ｅｆｔｅｅｎｎｅｍｏｅｓｅｔｂｉｅｓｍｕａｅｔｅＣｔｎｔｉａｑｉａｅｔｌｎｅｕｅｔｆｅｓｉｃｕｗｓｏｒｈｈｆ
ＡＢＳＴＲＡＣＴＴｔｄｈｆｃｆｌｗ —ｖｌｃｔｍｐｃｏｔｅｒｓｕｌｃｍｐｅｓｖｔｎｔｆｃｍｐｓｔａｎｔｓｈｏｓｕｙｔｅｅｆｔｏｅｏｅｏｉｉａｔｔｅｉａｏｒｓｉｅｓｒｇｈｏｏｏｉｌｍｉａｅ，ｔｅｙｈｄｅｅ
ｄｏ — ｉｈｍｐｃｓｎｏｒｓｉｅｆｉｒｅｔｗｒａｒｅｕｎａｋｎｆｔｒｐ—ｗｅｇｔｉａｔｅｔａｄｃｍｐｅｓｖａｌｅｔｓｓｅｅｃｒｄｏｔｏｉｄｏｔｓｕｉｗｏ—ｄｍｅｓｎｖｎｇａｓｆｂｃ — ｉｎｉａｗｏｅｌｓａｒｏｌｉｒｉｆｒｅｐｘａｎｔｔｉｅｅｔｈｃｎｓ．Ｔｅｆｒｆａｇｅｅｃａａｔｒｅｙｓａｉｇｍｅｈｄｎｅ—ｐｙｅｎｏｃｄｅｏｙｌｍｉａｅｗｉｄｆｒｎｉｋｅｓｈｏｍｓｏｍａｅｗｒｈｒｃｅｚｄｂｈｄｎｔｏｓａｄｄｈｆｔｄｉｌｍｅｈｄ．Ｔｅｒｌｔｎｈｐｂｔｅａｇｉｔｔｏｓｈｅａｉｓｉｅｗｅｎｄｍａｅｗｄｈ，ａｅ，ｒｓｄａｔｎｈ，ｍｏｕｅｎｎｒｙｏｍｐｃａｉｃｓｅ．ｏｒａｅｉｕｌｓｒｇｅｔｄｌｓａｄｅｅｇｆｉａｔｗｓｄｓｕｓｄ

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。

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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。