锰铜计低阻值 and PVDF-玻纤增强复合材料冲击Hugoniot参数实验研究_林鹏
纤维增强材料的冲击性能测试
纤维增强材料的冲击性能测试一．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）3.试验内容a.对3种炭纤维增强树脂基复合材料(T300/NY9200Z. T300/QY8911和T700S/ 5228)层合板进行了落锤冲击实验，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厚度冲击能量(d e)曲线如图1所示。
从图1可以看出，随单位厚度冲击能量从最低值逐步提高，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. 4 mm ),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T 7005/ 522 8材料拐点处单位厚度冲击能量分别为4 .2, 3 .7和7. 0 J/mm。
T300/N Y9200Z和T 300/Q Y8911这2种材料拐点处单位厚度冲击能量相近，都远低于T 7005/ 5 228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厚度冲击能量下，T 700 S/ 522 8复合材料层合板的损伤要小于T 300/ N Y 9200Z和T 300/Q Y8911材料的损伤。
《增强型A1-PTFE弹丸超高速撞击薄铝板的力热电效应研究》
《增强型A1-PTFE弹丸超高速撞击薄铝板的力热电效应研究》增强型A1-PTFE弹丸超高速撞击薄铝板的力热电效应研究一、引言在材料科学与工程领域，对于金属及复合材料在高速度冲击条件下的物理和化学性能的研究具有重要意义。
近年来，A1（铝）合金和聚四氟乙烯（PTFE）作为常用的工程材料，因其轻质、高强及优良的耐冲击性能而被广泛使用。
尤其是在高超音速撞击过程中，增强型A1/PTFE复合材料弹丸的撞击力、热效应和电效应成为了研究的热点。
本文将就这一主题展开深入的研究与探讨。
二、增强型A1/PTFE弹丸材料概述增强型A1/PTFE弹丸是指通过特殊工艺，在PTFE基体中引入铝质颗粒进行增强处理的复合材料弹丸。
该弹丸兼具了PTFE 的高强度和韧性以及铝的高密度和高强度等优点，在高速撞击时能够展现出优秀的力学性能。
三、薄铝板材料及其应用背景薄铝板作为一种轻质高强的金属材料，广泛应用于航空航天、汽车制造等工业领域。
在超高速撞击过程中，薄铝板会受到强烈的冲击力，从而产生复杂的力热电效应。
四、实验方法与过程本实验通过使用高速度弹道枪对增强型A1/PTFE弹丸进行发射，使其以极高速度撞击薄铝板。
在撞击过程中，我们通过高速摄像机记录了撞击的瞬间过程，同时收集了撞击后的力学性能数据、温度变化数据以及电流变化数据。
此外，我们还利用了扫描电子显微镜（SEM）对撞击后的材料表面进行了微观结构分析。
五、力热电效应分析（一）力学效应分析在超高速撞击过程中，增强型A1/PTFE弹丸与薄铝板之间产生了巨大的冲击力。
通过对比不同速度下的撞击实验结果，我们发现随着速度的增加，弹丸的穿透能力和对铝板的破坏程度也随之增强。
此外，由于铝颗粒的增强作用，复合材料弹丸的力学性能明显优于纯PTFE弹丸。
（二）热效应分析在撞击过程中，由于摩擦和变形等因素，弹丸和铝板都会产生大量的热量。
这些热量不仅导致材料的温度升高，还可能引发材料的相变和结构变化。
通过对温度变化的监测，我们发现随着撞击速度的增加，材料的温度升高越明显。
玻纤增强尼龙材料表面电阻影响因素的研究
玻纤增强尼龙材料表面电阻影响因素的研究冯德才;郭唐华;郑一泉;何勇;胡泽宇;金雪峰;丁超【摘要】通过选择不同尼龙树脂相对粘度,不同种类增韧剂,不同种类润滑剂和不同种类抗氧剂,研究了玻纤增强尼龙6和尼龙66在高温高湿下的表面电阻.结果表明,不同相对粘度的尼龙树脂对水煮后的表面电阻影响不大;POE类增韧剂对水煮后的表面电阻影响也不大,而EMA类增韧剂明显降低材料的表面电阻;不同种类的润滑剂和抗氧剂对表面电阻影响差别较大.%The surface resistance of fiber-reinforced nylon 6 and nylon 66 with different relative viscosity nylon resins, different toughening agents, different lubricants and different antioxidants were studied.The results showed that the different relative viscosity of nylon 6 and nylon 66 resin didn`t have impact on the surface resistance.The effect of POE type toughening agent on the surface resistance of boiled water was not significant, and the surface resistance of the material was obviously reduced by EMA type tougheningagent.Lubricant and antioxidants had great influences on the surface resistance.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2017(045)006【总页数】4页(P66-68,84)【关键词】尼龙6;尼龙66;玻璃增强;表面电阻【作者】冯德才;郭唐华;郑一泉;何勇;胡泽宇;金雪峰;丁超【作者单位】金发科技股份有限公司产品研发中心,塑料改性与加工国家工程实验室,广东广州 510520;金发科技股份有限公司产品研发中心,塑料改性与加工国家工程实验室,广东广州 510520;金发科技股份有限公司产品研发中心,塑料改性与加工国家工程实验室,广东广州 510520;金发科技股份有限公司产品研发中心,塑料改性与加工国家工程实验室,广东广州 510520;金发科技股份有限公司产品研发中心,塑料改性与加工国家工程实验室,广东广州 510520;金发科技股份有限公司产品研发中心,塑料改性与加工国家工程实验室,广东广州 510520;金发科技股份有限公司产品研发中心,塑料改性与加工国家工程实验室,广东广州 510520【正文语种】中文【中图分类】TQ323.6尼龙(聚酰胺)由杜邦公司20世纪30年代首次实现工业化，具有较高的机械强度、耐热性、自润滑性、优良的阻隔性能和耐化学腐蚀等优异的综合性能[1]，广泛的应用于机械制造，电子电器和交通运输等领域，其用量居于五大工程塑料之首。
玻璃纤维复合材料在雷电冲击电流下的沿面损伤试验研究
１ 引 言
为纤维损 伤、 树 脂 退 化、 内 部 分 层 三 种 损 伤 形 式ꎮ
纤维增强树脂基复合材料具有比强度和比模量
大、耐腐蚀性强、抗疲劳性能好等优点ꎬ被广泛应用
Ｇａｒｏｌｅｒａ 等 [８] 对美国农场风机叶片遭遇的 ３０４ 次直
击雷损伤进行了研究分析ꎬ发现损伤主要呈现四种
于航空航天和风力发电领域ꎬ例如飞机蒙皮和风力
Ｆｉｇ ３ Ｔｅｓｔ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｆｉｘｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ
固定装置由两块长 ２４０ ｍｍ × 宽 ２４０ ｍｍ × 厚度
５ ｍｍꎬ中间有 １００ ｍｍ × １００ ｍｍ 正方形开槽的环氧
板构成ꎬ采用螺丝固定试验样品于两块环氧板之间ꎬ
在绝缘固定装置的一侧安装 ５ ｍｍ 厚的铜制连接桥
[３ꎬ４]
ꎬ
因此需要深入研究雷电流对于复合材料的损伤机
理ꎬ提高复合材料的雷电防护措施ꎮ
叶片的制造中被广泛应用ꎬ但大多数研究关注的仍
然是碳纤维复合材料遭遇雷击时的损伤特性ꎬ且主
要集中在宏观方面的损伤检测 [９￣１３] ꎬ而对于玻璃纤
维复合材料的雷电烧蚀的试验研究关注甚少ꎮ 本文
对于导电的碳纤维复合材料而言ꎬ遭雷击时雷
为防止试验产生的电磁力造成电极和试验样品
移位ꎬ设计了如图 ３ 所示的试验辅助固定装置ꎮ
表 １ 试验板的参数
Ｔａｂｌｅ １ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｅｓｔ ｐｌａｔｅ
编 号
厚度 / ｍｍ
层 数
铺 层
Ａ
１
１
[０]
Ｂ
２
２
[０ / ４５]
Ｃ
４
４
[０ / ４５ / －４５ / ９０]
２ ２ 试验设计
欧倍尔增强复合材料虚拟仿真实验说明书
不饱和聚酯树脂的合成及玻璃纤维增强复合材料虚拟仿真实验说明书北京欧倍尔软件技术开发有限公司2018年6月地址：北京市海淀区清河永泰园甲1号建金商厦420-423室 邮编：100193目 录第一章 软件简介 (1)1.1 概述 .................................................................................................................................... 1 1.2 软件特色 ............................................................................................................................ 1 第二章 软件安装 ............................................................................................................................. 2 第三章 软件操作说明 (2)3.1 软件启动 ............................................................................................................................ 2 3.2功能介绍 ............................................................................................................................. 3 3.3界面介绍 .. (4)3.3.1菜单功能条 ............................................................................................................ 4 3.3.2仓库功能条 ............................................................................................................ 5 3.3.3操作指导栏 ............................................................................................................ 5 3.3.4评分界面 ................................................................................................................ 6 3.4 实验操作 . (6)3.4.1实验准备及装置搭建 ............................................................................................ 6 3.4.2不饱和聚酯树脂的合成 ........................................................................................ 9 3.4.3加固化剂配料 ...................................................................................................... 10 3.4.4玻纤增强复合材料的制备 . (11)第四章 注意事项 (13)4.1 软件运行注意事项及常见问题 (13)4.1.1 软件运行注意事项 ............................................................................................. 13 4.1.2 其中容易被杀毒软件阻止的程序 ..................................................................... 14 4.2安装过程中常见问题 . (15)4.2.1 控件注册失败 (15)第一章软件简介1.1 概述本软件是基础化学学科教育信息化建设项目，旨在为本科院校化工相关专业的学生提供一个三维的、高仿真度的、高交互操作的、全程参与式的、可提供实时信息反馈与操作指导的、虚拟的基础化学模拟操作平台，使学生通过在本平台上的操作练习，进一步熟悉专业基础知识、了解化学实验室实际实验环境、培训基本动手能力，为进行实际实验奠定良好基础。
玻璃纤维复合材料雷击破损仿真与试验第一期
会¨ ’ 。随着 科 技 的进 步 和制 造 业 的 蓬 勃 发 展 ， 复 合 材料 大量 应用 于先 进 飞 机 的生 产 设 计 之 中 ， 某 些 飞机 的复合 材料 使 用量 可 达 ２ ５ ％左 右 ， 直 升机 的复 合 材料 最 高 用 量 可 达 ５ ０ ％［ ３ １ 。复 合 材 料 具 有 比强 度大、 比模量 高 、 抗 疲 劳 眭能好 、 耐 腐蚀 、 可 设计 性 强 等许 多 优异 的特性 ＿ ４ ； 但是 ， 复 合材 料 的导 电性 能 极 差， 碳 纤维 复合 材 料 的导 电性 大 约 比铝 小 １ ０ ０ ０倍 ，
４ ３
仿 真 中采用 的模 型 为单 层 结 构 ， 模 型 的参 数 设 置 如
表 １ 所示 ， 其 中， Ｅ 为弹性 模 量 ， 为泊 松 比， Ｇ 为剪
切 模量 。
表 １ 弹性性能参数表
Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｐ ｅ ｆ ｒ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ
材 料板 在遭 受 雷击 后可 能 出现 的损伤 状态 。
（ ２ ）
１ ． ３ 数 值 仿 真 的载 荷 分 析
１ ． ３ ． １ 雷 电流分 量
其值为 ２ × ｌ ０ （ Ａ × ｓ ） ， 它是衡量破坏程度 的关
键 因素 ， 取决 于 系统 中能量 的储 备或 吸 收。
作用 时 间 ｔ ＜５ ￣ ０ ０ １ ｘ ｓ 。图 １ （ ｂ ） 中 为雷 电流 达 到 峰 值 的时 间 ； 为雷 电流从 开始 到 衰 减 为 ５ ０ ％峰值 的
时 间 。Ａ的作 用 积分 （ 比能 ） Ｗ表达 式 为 ：
玻璃纤维增强复合板在水中冲击载荷下的响应与破坏研究
通过引爆小当量 ＴＮＴ产生水中冲击波载荷，可实现对纤维增 ＤＩＣ方法测量 ＧＦＲＰ板的实时变形，需要制作散斑场，如图 ２
强材料的水中冲击加载。相关研究发现，纤维断裂、基体开 所示。
裂以及整 体 分 层 破 坏 与 水 中 冲 击 载 荷 的 强 度 有 着 密 切 联 系［５］。该装置由于依赖对炸药的使用，实验过程存在一定的 危险性。Ｔｒａｎ等［６］采用了一种非药式等效水中爆炸冲击加
１７８
兵器装备工程学报
ｈｔｔｐ：／／ｓｃｂｇ．ｑｋｓ．ｃｑｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ／
数值仿真虽然能很好的模拟复合材料在爆炸载荷下的 制作某水雷外壳壳体，基体为环氧树脂，玻璃纤维与树脂按 响应行为，但往往缺少验证［１］。一种爆炸激波管装置［２－４］， 照 ４∶６之比制作。制成后，靶板厚度约为 ３ｍｍ。为了利用
度下，纤维板呈现出两种典型的毁伤模式，即约束边界基体层裂与边界剪切撕裂。
关键词：冲击载荷；玻璃纤维板；离面位移场；层裂；撕裂
本文引用格式：项大林，谢志丰，郭振，等．玻璃纤维增强复合板在水中冲击载荷下的响应与破坏研究［Ｊ］．兵器装备
工程学报，２０１９，４０（６）：１７７－１８０．
Ｃｉｔａｔｉｏｎｆｏｒｍａｔ：ＸＩＡＮＧＤａｌｉｎ，ＸＩＥＺｈｉｆｅｎｇ，ＧＵＯＺｈｅｎ，ｅｔａｌ．ＤｙｎａｍｉｃＲｅｓｐｏｎｓｅａｎｄＦａｉｌｕｒｅＭｏｄｅｏｆＧｌａｓｓＦｉｂｅｒＲｅｉｎ
载实验装置，对纤维增强复合材料开展了冲击毁伤实验与数 值分析。Ｗｅｉ等［７］采用类似方法，研究了 ＧＦＲＰ与 ＰＶＣ泡沫
构成的夹芯板的水中冲击，指出夹芯板的动态响应过程中应
变率效应十 分 明 显，而 且 泡 沫 芯 层 能 有 效 改 善 夹 芯 板 的 性
ｆｏｒｃｅｄＰｏｌｙｍｅｒＰｌａｔｅｓＳｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＩｍｐｕｌｓｉｖｅｌｏａｄｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒｄｎａｎｃｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１９，４０
玻璃纤维增强聚乙烯复合材料力学及摩擦性能的研究
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1
3
Σ0
E2 3
+
(Β + K x
h) r
13
为常数, 材料表面分子的剪切阻力 Σ0 可以材料的抗拉强度 Ρ 乘一系数 k
进行近似描述,
合并 k
Ar CR ck P
13
以B 表示;
(Β+ K x
近似写为
h) r
为常数,
以 C 表示;
由此,
式 (3)
Λ=
B
Ρ
E2 3
+
C
(4)
表 1 纤维取向对复合材料力学性能的影响
复合材料组成及取向 冲击强度 J ·m - 1 拉伸强度 M Pa
杨氏模量 M Pa
PE 30% 长玻纤 PE, ∥ 30% 长玻纤 PE, ⊥
17. 1 —
635. 1
17. 2 111. 5 9. 56
642 6070 975
断裂伸长 % 879 2. 5 6. 3
有关系数, h 为微凸体嵌入深度, r 为微凸体曲率半径。K x 为与摩擦机械分力有关的数。对于
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图 4 GF HD PE 复合材料硬度 与纤维含量的关系
纤维增强型复合材料及其应用-实验指导书
纤维增强型复合材料及其应用实验指导书李俊琳编著金陵科技学院材料工程学院监制二零一三年9月前言1、本课程是与材料科学与工程专业《纤维增强型复合材料及其应用》课相配套的一个重要实践教学环节。
通过本课程的学习，学生可以获得高性能纤维复合材料检测技术和表面处理方面的基础知识，能够运用各种检测手段对高性能纤维复合材料的性能、结构和表面处理进行检测；运用计算机分析软件，分析纤维增强型复合材料的受力情况。
2、为了使学生更好地理解和深刻地把握这些知识，并在此基础上，开设了玻璃纤维丝束的拉伸性能试验、天然棉、木纤维素形态与溶胀、纤维的苯乙烯乳液聚合改性实验和多层碳纤维复合材料板力学性能模拟计算实验。
目录实验一玻璃纤维丝束的拉伸性能试验 (4)实验二天然棉、木纤维素形态与溶胀 (6)实验三纤维的苯乙烯乳液聚合改性实验 (8)实验四多层碳纤维复合材料板力学性能模拟计算 (10)实验一：玻璃纤维丝束的拉伸性能试验实验学时：4实验类型：（验证）实验要求：（必修）一、实验目的通过本实验的学习，使学生了解纤维拉伸断裂强度的概念，掌握拉力试验机的使用方法，检测玻璃纤维的拉伸断裂强度。
二、实验内容学习拉力试验机的操作方法，检测玻璃纤维的拉伸断裂强度。
三、实验原理、方法和手段玻璃纤维增强塑料的拉伸性能取决于其组分的性能，其中更大程度上取决于玻璃纤维的性能。
为了便于玻璃纤维增强塑料性能估算的实际应用，在相关国家测试标准的基础上，本实验主要对玻璃纤维丝束的拉伸性能做对比性试验研究。
玻璃纤维丝束的拉伸性能测试有两种方法：单丝拉伸，丝束拉伸。
前者得到的结果离散性很大。
这与单丝中的缺陷有关：试样越长、单丝直径越大，则存在缺陷的几率越大，测出的数据越小，已有大量的试验研究表明，玻璃纤维的单丝拉伸强度基本符合正态分布。
玻璃纤维丝束的拉伸测试得到的数据离散性很小，更直观的反应了玻璃纤维作为增强相在FRP材料中所作的贡献，其结果对实际工程更有利用价值。
玻璃纤维增强尼龙1010复合材料的摩擦学性能研究
玻璃纤维增强尼龙1010复合材料的摩擦学性能研究第2O卷第6朗2o0o年12H摩擦学TRIBOL0GYV ol20No6Dee,2000玻璃纤维增强尼龙101O复-4合材料277D的摩擦学性能研究葛世荣,王伟华√王军祥(中国矿疆丽i疆写磊:江苏徐州221008)T侈);摘要:利用WZM一1微型注塑机制各了玻璃纤维增强尼龙复台材料.在环一块摩擦磨损试验机上考察了玻璃纤维古量和试验条件对其摩擦学性能的影响.并利用扫描电子显微镜对其努损机理进行了分析.结果表明:在给定试验条件下玻璃纤维毒量对复台材料的摩掠学性能有显着影响,玻璃纤维质量分数介于25～30之间时增强效果较好}复合材料的摩挥系数随载荷的增加而F降,达到最小值后,叉随戴荷的增加而持续上升;其磨损质量损失卿随载荷的增加而持续增大复台材料的瞎损以粘着瞎损为主.随载荷的增加转变为玻璃纤维的破坏和磨平为主.关键词:玻璃纤维;尼龙;复合材料i摩擦磨损性能;磨损机理中圈分类号:,rQ327.1文章标识码:A文章编号:1004—0595(2000)06—0427—04 目前新型聚合物基复合材料的开发已引起人们的广泛重视.尼龙(PA)是用量最大的工程塑料之一,但国其干摩擦系数较高和机械物理性能差而限制丁在零擦学领域中的应用一利用改性技术不断赋予尼龙品种以高睦能,将促进尼龙在摩擦学领域的应用_'."-.玻璃纤维价格低廉又具有较好的改性效果,但对其在尼龙巾的作用机理及其增强复合材料峰攘学性能研究尚不多见.本文作者系统研究丁E一玻璃纤维增强尼龙(简称PAIOIO)复台材料的摩擦学性能,考察了玻璃纤维的含量和试验载荷对复台材料摩擦学性能的影响, 并利用扫描电子显微镜分析复合材料的磨损机理.1试验部分11材料制备制备玻璃纤维增强尼龙复台材料的原料为上海赛璐璐厂提供的不同填充比例(质量分数)的E.玻璃纤维与PAlOlO树脂的挤出造粒型混料颗粒.先将混料颗粒在WZM—I型微型注塑机上于250C左右熔融,然后将其热压成型制得尺寸为19mm×10mm×6mm的试样.为了进行对比考察,按相同工艺制备同样尺寸的PAi010试样.用300水砂纸将所有试样的待睹表面打磨抛光至表面粗糙度凡在0.j8～0.67m之间,并用丙酮清洗.1.2性能测试及评价方法利用自制环一块摩擦磨损试验机,在室温下按照给定的试验条件考察复合材料样品的摩擦学性能.所用偶件试环为45钢环,其外径为50mm,厚12mm,表面经180水砂纸打磨抛光至表面粗糙度R处于0.87～1.0p-m之间.试验时间为60min.利用精度为0.1mg的电子分析天平称量测定试样的磨损质量损失.通过测力传感器测量孽擦力并计算出摩擦系数, 每隔5min测量1次,取摩擦磨损试验最后lOmin内的平均摩擦系数作为稳态峰擦系数.所有测试结果均取4个平行试样测试数据的平均值.利用扫描电子显微镜观察和分析试洋磨损表面形貌.2结果及讨论2.1玻璃纤维含量对复合材料摩擦学性能的影响图1所示为载荷156.8N和速度052m/s下玻璃纤维增强尼龙复合材料的摩擦学性能随玻璃纤维含量的变化关系曲线.可见:随着玻璃纤维含量的增加,摩擦系数逐渐降低,当玻璃纤维含量达到30时,复合材料的峰擦系数达到最小渲(约为0.ZS),此后烽擦系数随玻璃纤维含量的增加而增大I复合材料的磨损质量损失则随纤维含量的增加雨减小}当玻璃*江苏省应用基础研究基金资助项目(B198117);教育音5高校博士学科专向科研基金资助项目(97029001)2000—02一ol收到扣椭.2000-0525收到修改稿/联系凡葛世荣.葛世肇男.盯岁.箍授,博士导师.目前主要从事分形理论和聚台物复音材料的章擦学研究摩擦学第20卷纤维质量分数在2j～30之间时,对PA]O]0的阜擦学改性效果较好.这是因为玻璃纤维改变了材料的F}…Ⅳ,%(aJpgLmssfiberCOntEntnbe…ntnt,%(b)Wear[[1assLossgLa~sfibercontentFiglVatL}Ltionsinfricdoncoefficlentandwe&rmassLoss0rcompositeswithglassfibercontent图l复合材料的摩擦摩擦系数和磨损质量损失随琏璃纤维含量的变化关系曲线结构井优先承担部分载荷,从而降低了聚台物基体的曙损.然而,当纤维含量过高时,其熔融后的流动性较差,可加工性也较差,试样制备比较困难.2.2试验条件对复合材料摩擦学性能的影响图2所示为负荷156.8N和速度052m/S下玻Fig2V armt(onsinfrictioncoefficientofgLassfiber reiMorcednyloncompositeswithslidingtime图2复台材料摩擦系数随时问的变化关系曲线璃纤维增强尼龙复合材料的摩擦系数随时问的变化/关系曲线.可以看出,在初始阶段摩擦系数迅速升高, 随着试验时间的延长,非填充PAl010的摩擦系数持续升高.而玻璃纤维增强PAl0]0复台材料的唪擦系数则趋于稳定.这是因为PAl0]0的热稳定性较差,随着摩擦睹损试验时间的延长,摩擦界面产生的摩擦热使得尼龙攘表面局部熔融而发生剧烈磨损.在试验中观察到,非填充PAl0]0的试样在试验时间达到3O～35min之后出现剧烈磨损,曙屑突然增多;而复合材料试样即使在试验时间达到60min后也未发生相类现象.这可能是因为玻璃纤维提高了复合材料的热传导和热稳定性,从而使得复合材料的抗磨性能有所提高图3示出了载荷对30玻璃纤维增强尼龙复合警昙!岂IN(a)FrictOncoefficientsload(b)WearmasstosstoadFig3V ariationsoffrictioncoefficientandwearmasslosso/compositesⅣ￡如normalload图3复台材料摩擦系数和磨损质量损失随载荷的变化关系曲线材料哮攘学性能的影响.可以看出:复合材料的摩擦系数先随载荷的增加而下降,达到最小值后,又随载荷的增加而持续上升;而复合材料的磨损质量损失则随载荷的增加而持续增大.同时我们在试验中还发现,随着滑动速度的增加,玻璃纤维增强尼龙复合材料的摩擦系数和磨损质量损失均持续增大.载荷对塑料摩擦磨损行为的影响主要是通过摩擦表面的温度变化来实现的.随着载荷的增加,摩擦表面间摩擦热的积累速度加快,温度升高,结果使得材料的粘弹性对摩擦学性能的影响增强,摩擦系数升高].根据肇擦转移理论,随着摩擦界面温度的升高,材料的粘附转移倾向增强,而在摩擦过程中粘附的材料不断被磨去并发生向偶件试环表面的转移,从而导致材料的磨损增大].H64:S64luiEg;iEl々专苫l蚴"¨川;uE;1.430率撩学第2O卷InvestigationoftheTribologicalPropertiesofGlassFiberReinforcedPolyamide一1010CompositeGEShi—rung,WANGWei—huatWANGJun—xiang (DepartmentofMechanicalEngineering.ChinaUniversityeI}MiningandTechnology,Xuzhou,?21008,cnAbstract:TheglassfiberreinforcedPA1010一basedcompositeswerepreparedwithasmall-injector.The effectsofglassfiberconteutandtestingconditionsonthefrictionandwearbehaviorsoftheco mpositeswereinvestigatedandcomparedwiththeunfilledPA1010specimenoilaring?on—blockfrictionandweartester Thewearmechanismofthematerialwasexaminedbymeansofscanningelectronmicroscop y(SEM).Ithas beenfoundthatthetribologicalpropertiesofthecompositeweresignificantlyaffectedbyglas sfibercontentunderthegiventestingconditions.TheoptimalreinforcingeffectofPA1010wasreachedatfl glassfibercontentbetween25and30Thefrictioncoefficientandwearmasslossofthecompositeinslidin g ly.the frictioncoefficientdecreasedwithincreaseofloadattheearlyslidingstage,itthenincreasedw ithloadincreasingbutincreasedcontinuouslywithvelocityrising.Thewearmasslossofthecomposi teincreasedcontinuouslywithincrease0floadandvelocityThemainwearmechanismofthecompositeat arelativelylowloadisadhesivewear,thatatarelativelyhighloadischaracterizedbydestructionofglassfi ber.Keywords:glassfibernylon;composite;frictionandwearbehavior;wearmechanism。
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第31卷增刊12010年4月兵工学报A CTA ARM AM ENTAR IIV o.l 31Supp.l 1A pr .2010玻纤增强复合材料冲击Hugoniot 参数实验研究林鹏,王长利,李焰,刘文祥,王等旺(西北核技术研究所,陕西西安710024)摘要:在单级轻气炮上,对一种玻纤增强复合材料的冲击H ugoniot 参数进行了实验研究。
最高撞击速度为520m /s ,相应在靶中得到的最高撞击压力为2 815GPa .压力测试采用锰铜计,PVDF 产生的压电信号用于判读激波速度。
由实验结果拟合得到了玻纤增强复合材料的H ugoniot 线性关系和Gr ne isen 系数。
关键词:冲击波;H ugon io;t 状态方程;复合材料 中图分类号:O384文献标志码:A 文章编号:1000-1093(2010)S1-0219-04Experim ental Studies on Impact H ugon i ot Para m eters ofG lass -fi ber R ei nforced Co mpositeLIN Peng ,WANG Chang -l,i L I Yan ,LIU W en -x iang ,WANG Deng -w ang(N o rt hwest Institute of N uclear T echno l ogy ,X i an 710024,Shaanx,i China)Abstr act :The experi m en ts for the i m pact H ugon i o t para m eters of the g lass -fi b er reinforced co m posite w ere conducted on a si n g le -stage li g h-t gas gun,in wh ich the i m pact ve lociti e s are fro m 312to 520m /s ,and the cor -respond i n g i m pact peak stresses i n the targets are fro m 0 842to 2 815GPa .The pressure w as m easured byM n-Cu gauge ,the shock w ave ve l o c ity w as deter m i n ed by the signal output fro m PVDF senso r .Fitted the ex -peri m ent results ,the li n earH ugon i o t relation in the tested stress range can be obtai n ed .The Gr neisen coeff-i cient can be calcu lated a lso .Key wor ds :shock w aves ;H ugonio;t equati o n of state ;co m posite收稿日期:2009-10-23作者简介:林鹏(1968 ),男,副研究员。
E-m ai:l yjli n2002@163.co m0 引言纤维增强复合材料不仅兼顾基体性能和纤维性能,而且还有相互之间耦合性能优势,成本低廉,具有一般单一材料不可比拟的优势,因此,随着纤维增强复合材料的不断发展,其应用也越来越广泛。
作为航天器上应用较广的玻璃纤维增强复合材料,各种玻璃纤维与各种树脂体系相配合,可以制造出满足航空航天器需要的各种各样的结构件,特别是对飞机上的透波需要的构件,玻璃增强纤维复合材料起着不可替代的重要作用。
随着当今飞机性能的提高以及航天技术的发展,新型吸波耗能、防热耐烧蚀的功能材料不断出现,迫切需要对该类材料的力学性能参数加以确认。
为此,对一种玻纤增强复合材料在高应变率下的冲击H ugon i o t 参数进行了轻气炮实验研究。
通过系列实验,得到了该种材料的重要的力学参数。
实验研究为该类材料的成功应用提供了科学的依据,也为该类材料的改进提供了提示。
冲击参数的计算是以Rankine -H ugoniot 方程为基础,将材料视为流体,忽略材料在高压下的剪切模量。
由激波阵面上的质量守恒、动量守恒和能量守恒定律导出的3个冲击突越条件[1]:0(D -u 0)=(D -u ),(1)P -P 0= 0(u -u 0)(D -u 0),(2)E -E 0=12(P +P 0)(V 0-V),(3)其中:P 为压力; 为密度;E 为内能;D 为激波速度;u 为质点速度;V 为比容,V =1/ .由这些方程可见,在已知初始状态参量 0,P 0,u 0,E 0的情况下,还剩下5个待定参量P, ,E,D,u,因此,必须通过实验方法测兵 工 学 报第31卷定其中的任意2个量,方能由这个方程组求出其余的3个量,从而确定冲击压缩线上的某一点的状态参数。
只要测出对应于同一初始状态下各不同冲击压缩状态下的这些参数值,就可得出以此初始状态为参考点的相应的H ugoniot 冲击压缩线,即H ugoniot 状态关系,一般可用P-V 或D-u 平面上的一条曲线表示。
通过测量冲击波峰值P 和传播速度D 来得到玻纤材料的D-u 关系。
1 试验材料和试验方案1 1 试验材料试验材料为一种新型玻璃纤维增强复合材料。
从外观上分析,加工试件为由2向垂直的纤维编织布层合压制而成,如图1所示。
基体为高碱材料,材料密度为1678kg /m 3.定义与板面垂直的方向为X 1方向,可称为离面方向,而将X 2、X 3方向称为面内方向。
该材料具有3个方向正交的弹性对称面,属于正交各向异性复合材料。
同时,在面内的2个方向上的材料结构是相同的,所以在这2个方向上的材料力学性能是相同的。
主要研究离面方向X 1上的冲击动力学特性,并将近似认为材料在X 2X 3平面内是横观各向同性的。
图1 试件及取向示意图1 2 试验方案实验在西北核技术研究所爆炸力学实验室的 130mm 单级轻气炮上进行,实验装置如图2所示。
图2 实验装置示意图采用密度不同的3种材料作为飞片材料,以取得从低到高不同的压力。
3种材料分别为有机玻璃(P MMA )、LY12-A l 、H 62铜。
靶的尺寸设计和加工的设计原则:保证边侧稀疏不影响测量有效时间;安装传感器方便;波形要有足够宽的平台。
飞片和靶皆为50mm 圆片,厚度为4mm.采用激光测速法测量弹速,其相对误差可小于0 5%.弹速尽量不要低于300m /s ,否则平面度不好,降低测量精度;弹速尽量不要高于700m /s ,否则对设备损伤大,也危险。
冲击波的测试采用锰铜压阻传感原理。
锰铜计的压阻系数与温度基本无关,因此,多年来被广泛地用在平板撞击冲击波测量实验中。
实验中选取 H 型锰铜计,电阻值约2 .在测量冲击波压力时,锰铜压阻计与示波器之间通过长的同轴电缆连接,电缆的特性阻抗为50 .为了保证压阻计与测试电缆之间有良好的阻抗匹配,防止信号在电缆的始、终端出现反射干扰,在测试线路前端串连一个50 电阻,后端示波器前并联一个50 电阻,测量电路如图3所示。
图3 锰铜计测量电路通过实验标定,锰铜计所经历的压力变化与电阻相对变化的关系为P =51 R R,(4)当R 1+R g R g 时,有V V 0= R gR g,(5)结合(4)式,有P =51 V V 0.(6)其中,P 所经历的压力变化范围为0~3GPa .当飞片撞击靶组件时,首先由触发探针触发高速脉冲恒流源,给锰铜计提供脉冲宽度50 s 、电流强度10A 左右的恒定电流。
同时,示波器记录系统同步触发并开始记录。
只要测量出电压信号的变化值与其基线电压之比,就可以利用(6)式计算出冲击波压力平台值。
图4 典型应力历史波形如图4所示给出的实验测量典型波形,通道1是220增刊1玻纤增强复合材料冲击H ugon i o t 参数实验研究锰铜计给出的压力波形,通道2使用PVDF 作为探针使用来判读激波在靶中的传播时间,从而确定冲击波速度D.2 实验结果2 1 H ugoniot 线性关系大多数材料在压力不太高的情况下,其激波速度D 和质点速度u 之间满足如下线性关系:D =c 0+su,(7)式中:c 0和s 是2个材料常数。
通过对该材料试样进行的11次撞击实验(有效次数),从实验中测量得到撞击压力P 和激波传播速度D,利用(8)~(9)式,求得粒子速度u,从而得出D-u 形式的冲击H ugon i o t 关系。
如表1所示给出了实验测量结果。
P = 0Du,(8)u =P 0D.(9)表1 实验结果炮号弹速/(m s -1)试样厚度/mm冲击波走时/ s 冲击波速度/(m s -1)质点速度/(m s -1)峰值应力/M Pa =(1- 0/ ) 10-3013313 740 9773828202129553093473 761 0303651260159171174543 840 9354107314216277204253 700 990373714993340224093 671 050349516697448254596 101 6503697321199487293126 071 570386613084234315206 031 57238364372815114353923 620 8994027224151056384643 841 0003840306197480424893 730 9483935382252597根据表1列出的实验结果,拟合得到玻纤增强复合材料的H ugoniot 线性关系为D =3681+0 529u.(10)即:c 0=3681m /s ,s =0 529.如图5所示是该材料的D-u关系曲线。
图5 D u 关系2 2 H ugoniot 状态方程根据表1列出的实验结果,用方程(1)~(2)、(7)可得到玻纤增强复合材料的压力P 和体应变 =1-V /V 0=1- 0/的关系:P H = 0c 2(1-s )2.(11)2 3 Gr neisen 系数Gr ne isen 方程是计及物质晶格热振动对压力贡献的一种状态方程。
在研究高压下固体中冲击波传播时,G r ne isen 状态方程是最常用的状态方程。
它通常的描述形式[2]如下:P =P c +(V )V(E -E c ),(12) (V)=b 2-23-V 2d 2[pc (V)V b ]/d V 2d [p c (V)V b ]/d V,(13)式中:P 为压力;P c 为冷压;E 为内能;E c 为冷能;(V)为表征热压与晶格热能之比的Gr neisen 系数;b 为表征固体中点阵振动特性的一个材料常数。