复合材料冲击试验机的研制及相关试验_唐义号
复合材料冲击后压缩强度试验
损伤 区域 的检测方式。通过冲击损伤外 观形态 和内部 检测分析 了基体裂纹 、 分层 和纤维 断裂 ３种 冲击损伤机理 ；
分析 了局部屈 曲、 局部与整体耦合屈 曲及整体失稳 ３ 种压缩破坏过程和机理 。
关键词 落锤式冲击试验系统 ； 压缩夹具 ； 冲击损伤 ； 裂纹 ； 分层 ； 纤维断裂 ； 屈曲； 失稳
Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｃｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｓ ｔ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ Ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ
Ｌ Ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ — ｇ ｕ ｏ （ Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｆ Ｒ Ｐ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ３ ６ ）
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ｏ ｐ ｈ ａ ｍｍｅ ｒ ｔ ｙ ｐ ｅ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ｅ ｒ ｅ ｅ ｘ ｐ ｏ ｕ ｎ —
机 械结 构系统 由钢框 架结 构 、 落锤 结构 、 防二 次冲击 结构 及位 移驱动 机 构 组成 ； 电测 系统 由数 据 采集 系
统 和数据 分析 系统组成 。
试 验机 横 梁 由直 流 电动 机驱 动并 进 行 控制 ， 横 梁 上安装 电磁 吸 盘 ， 通过 电磁 力 吸住 落 锤 。 当电磁
ｔ ｕ ｒ ｅ；ｂｕ ｃ ｋ ｌ ｉ ｎ ｇ；ｉ ｎｓ ｔ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
１ 引 言
复合 材料 以其 比强 度 、 比刚度 高 以及 可设 计 性 强 等特 点而 广泛应 用于航 天航 空结构 。然 而随 着研 究 的不 断深 入 以及 使 用 经 验 的不 断 增加 ， 发 现复 合
薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击试验
薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击试验摘要：复合蜂窝夹层结构在航空航天工业中得到了广泛的应用，对于薄面板结构，较低能量的冲击会造成目视可见损伤，甚至面板穿透。
因此，研究薄面板蜂窝夹层结构的冲击试验具有重要的意义。
本文以对薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击试验进行了论述。
关键词：薄面板；蜂窝夹层结构；冲击试验复合蜂窝夹层结构以其轻量化、高强度的特点，广泛应用于航空航天、船舶等领域。
然而，这种结构对冲击损伤高度敏感。
众多学者研究发现，冲击损伤在很大程度上破坏了复合材料夹层结构的完整性，从而降低了其强度与刚度。
因此，夹层结构的冲击损伤阻抗及损伤容限已成为国内外研究的热点。
一、试验1、试验件。
试验件由上下复合材料面板和中间的蜂窝芯体胶接而成，面板为上面板3个铺层、下面板2个铺层的编织复合材料。
芯体为正六边形蜂巢，相对密度为0.072。
2、试验设置。
试验在Instron Ceast 9350落锤冲击试验机上完成。
本试验参照ASTM D3763试验标准，冲击试件采用直径12.7mm的半球面冲头、内径76mm、外径100mm的圆环形夹具。
试件分为A、B、C组，A组研究相同冲击能量不同冲击速度的影响，B组研究相同冲击速度不同冲击能量的影响，C组研究不同板厚的影响。
二、冲击速度的影响试验现象。
A组用2.131kg及2.631kg的冲头对两个复合材料铺层面板分别施加1.50J、2.00J、2.50J的能量进行冲击；用2.131kg及2.631kg的冲头分别在2.00J、3.00J、4.00J处对3个复合材料铺层面板进行冲击。
由其结果可知，接触力-时间段分为上升段、波动段和下降段。
冲头接触面板后，接触力会在短时间内上升，然后突然下降，小幅度波动，最后缓慢下降。
随着冲击能的增大，最大接触力变化不明显。
三、冲击能量的影响1、试验现象。
B组试验件用2.13 lkg及2.631kg的冲头分别以0.97、1.19、1.38、1.53m/s四种速度冲击两个复合材料铺层面板；用2.131kg及2.631kg的冲头，以0.97、1.37、1.68、1.94m/s四种速度冲击三个复合材料铺层面板。
整体中空夹层复合材料低速冲击性能及剩余强度研究的开题报告
整体中空夹层复合材料低速冲击性能及剩余强度研究的开题报告一、研究背景和意义随着复合材料在航空、汽车和其他领域的广泛应用，对其性能的要求也越来越高。
尤其在低速冲击下，复合材料的性能表现更为突出。
因此，针对整体中空夹层复合材料的低速冲击性能研究及剩余强度变化规律探讨，将对优化复合材料设计、提升产品性能和延长使用寿命具有重要意义。
二、研究目的和内容本研究旨在探讨整体中空夹层复合材料在低速冲击过程中的响应及其剩余强度变化规律，具体任务包括：1.设计低速冲击试验方案，并在试验中采集数据；2.利用有限元方法对试验过程进行数值模拟；3.分析试验数据和模拟结果，探究复合材料的低速冲击性能和剩余强度变化规律；4.提出优化建议，对复合材料设计提供参考。
三、研究方法和步骤1.设计低速冲击试验方案根据ASTM标准，确定低速冲击试验中的冲击能量、试验样品尺寸、试验条件等参数，制备试验样品。
2.试验数据采集使用高速摄影仪记录试验过程，取得相应的图像数据；使用力传感器记录试验过程中试验样品的应力和应变等数据。
3.数值模拟采用有限元方法，建立整体中空夹层复合材料的模型，模拟低速冲击过程，得出相应的模拟结果。
4.试验数据和模拟结果分析对试验数据和模拟结果进行分析、对比，探究复合材料低速冲击性能及其剩余强度变化规律。
5.优化建议根据研究结果，提出优化建议，对复合材料设计提供参考。
四、论文结构和安排1.引言介绍研究背景、研究意义和目的，以及研究内容、方法和步骤等。
2.文献综述回顾国内外相关文献，总结目前对整体中空夹层复合材料低速冲击性能及剩余强度变化规律的研究现状和发展趋势。
3.低速冲击试验设计与分析设计低速冲击试验方案，采集试验数据，并对试验结果进行分析。
4.数值模拟通过有限元方法，建立整体中空夹层复合材料的数值模拟模型，并进行数值模拟分析。
5.试验数据和模拟结果对比分析对试验数据和数值模拟结果进行比较和分析，探讨复合材料的低速冲击性能和剩余强度变化规律。
复合材料常用测试仪器
复合材料常用测试仪器
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组合而成的新材料，具有高强度、轻质、耐磨、耐腐蚀等优点，在诸多领域得到广泛应用。
为了保证复合材料的质量和性能，需要使用各种测试仪器进行检测和评估。
以下是常用的几种复合材料测试仪器。
1. 拉伸试验机：用于测量复合材料在拉伸加载下的材料性能，如弹性模量、屈服强度、断裂强度等。
2. 压缩试验机：用于测量复合材料在压缩加载下的抗压性能，如压缩强度、屈服强度等。
3. 弯曲试验机：用于测量复合材料在弯曲加载下的抗弯性能，如弯曲强度、屈服强度等。
4. 冲击试验机：用于测量复合材料在冲击加载下的抗冲击性能，如冲击韧性、断裂韧性等。
5. 疲劳试验机：用于测量复合材料在交变载荷下的抗疲劳性能，如疲劳寿命、疲劳强度等。
6. 热分析仪：用于测量复合材料在高温条件下的热性能，如热膨胀系数、热导率等。
7. 热机械分析仪：用于测量复合材料在热力学和机械加载下的性能变化，如热膨胀系数、热应力等。
8. 粘弹性仪：用于测量复合材料在动态加载下的粘弹性性能，如动态模量、损耗因子等。
9. 导热仪：用于测量复合材料的导热性能，如导热系数、热阻等。
10. 超声波检测仪：用于测量复合材料的内部缺陷和界面结合情况，如气孔、裂纹等。
这些测试仪器能够全面评估复合材料的力学性能、热性能、疲劳性能等关键指标，帮助研究人员和工程师更好地了解和改进复合材料的性能，从而提高产品质量和应用效果。
通过科学的测试和分析，可以为复合材料的设计、制备和应用提供可靠的技术支持。
整体中空夹层复合材料抗低速冲击性能的实验研究
整体中空夹层复合材料抗低速冲击性能的实验研究周红涛【摘要】文章采用落锤冲击试验机对整体中空夹层复合材料进行了低速冲击试验.探讨了芯材高度对整体中空夹层复合材料的低速冲击特性如最大冲击载荷、冲击点最大位移和材料损伤时能量吸收等的影响.结果表明:随着芯材高度的增加,整体中空夹层复合材料的最大冲击载荷和冲击损伤阈值降低,而到达最大载荷的时间有所延迟.【期刊名称】《山东纺织科技》【年(卷),期】2011(052)003【总页数】4页(P51-54)【关键词】芯材高度;低速冲击;冲击响应;整体中空夹层复合材料【作者】周红涛【作者单位】盐城纺织职业技术学院,江苏盐城224005【正文语种】中文【中图分类】TS181.92+31 前言整体中空夹层复合材料，其增强体是一种由纤维连续织造呈空芯结构的整体中空织物，层与层之间由连续纤维芯柱相接而成，可以单独增强制成空芯连体结构轻质复合材料，见图1；也可以在空芯结构中填充某种功能轻体介质，制成结构/功能一体化的夹层结构复合材料。
这种结构的复合材料有以下三大优点[1]：(1)面板和芯层一次成型，织造效率高；(2)克服了传统的夹层材料如蜂窝、泡沫夹层复合材料易分层、不耐冲击的弱点；(3)夹芯层空间可以为设置预埋件、监视探头、光纤、导线等提供空间，使其在交通、航海、建筑、航空以及管道等领域的应用前景广阔。
但是由于该材料的上下面板薄[2、3]，其抵抗低速冲击的能力比较弱，在很大程度上限制了其在各个领域中的应用。
因此，研究该材料的抗低速冲击性能具有重要的意义。
图1 整体中空夹层复合材料本文利用自制落锤冲击装置，对整体中空夹层复合材料进行了低速冲击试验，研究该材料受外物冲击的动力学响应，估算和测量冲击载荷变化过程和结构整体响应，从该材料的抗冲击性能与芯材高度关系入手，对比分析不同芯材高度的冲击性能。
利用加速度传感器记录了落锤冲击板过程中加速度随时间的变化曲线，通过数学处理得到了冲击载荷、冲击点位移和冲击过程中能量吸收随时间的变化曲线。
Nomex蜂窝复合材料冲击损伤及剩余压缩强度试验
２ ０ １ ３年 １ ２月
航
空
材
料
学
报
Ｖｏ １ ． ３ ３． Ｎｏ ． ６ Ｄｅ ｃ ｅ ｍｂｅ ｒ ２ ０１ ３
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＥＲＯＮＡＵＴＩ ＣＡＬ Ｍ ＡＴＥＲＩ ＡＬＳ
Ｎ ｏ ｍｅ ｘ蜂 窝 复合 材 料 冲击 损伤 及 剩 余 压 缩 强 度试 验
本 研究 对 Ｎ ｏ ｍｅ ｘ蜂 窝夹 芯 复合 材 料 在 冲 击 载 荷及 冲击后 压缩 载荷 作 用 下 的破 坏 过 程 进行 研 究 ， 分析 Ｖ Ｉ Ｄ冲击 对试验 结构 件承 载能力 的影 响 。
航空 航天飞行器结 构 ， 特别 是机身蒙皮结 构 中。 复 合 材料 夹 芯 结构 抗 冲 击能 力 较差 ， 且对 于低 速 冲击 损伤 要 比金属材 料结 构敏 感得 多 。即使 冲击
中图分类号 ： Ｔ Ｂ ３ ３ ２ ； Ｖ ２ ５ ８
文献标识码 ： Ａ
文章 编 号 ：１ ０ ０ ５ － ５ ０ ５ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ ７ ０ － ０ ６
复合材料 夹芯结 构 由两 块薄 而 强硬 的复合 材料
层合板 面板 ， 以及面板 间 比重轻 、 尺寸较厚 、 承载能 力 相对较 弱的芯体材 料 （ 蜂窝或 泡 沫 ） 组成 。该 结构具 备极 高的 比强度 和比刚度 ， 被越来越 多地应 用 于现代
余 力 学性 能方 面 的研 究 还 很 不充 分 。 因此 ， 有 必 要 对 复 合材料 夹芯 结构 进行 低速 冲击 损伤及 冲击后 的 力学性 能试 验 ， 为研 究 冲 击 损 伤对 材 料 影 响及 材 料
力 学 性能 衰退情 况提 供试 验基 础 。
轻质复合材料的抗冲击性能研究
轻质复合材料的抗冲击性能研究在现代工程领域中，轻质复合材料因其出色的性能而备受关注。
这些材料不仅具有轻质的特点，能够减轻结构的自重，还在强度、刚度和耐久性等方面展现出优异的性能。
其中，抗冲击性能是评估轻质复合材料在实际应用中可靠性和安全性的关键指标之一。
轻质复合材料通常由两种或多种不同性质的材料组合而成，通过优化设计和制造工艺，实现性能的协同提升。
常见的轻质复合材料包括纤维增强复合材料（如碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料）、蜂窝结构复合材料以及泡沫金属复合材料等。
纤维增强复合材料是通过将高强度的纤维（如碳纤维、玻璃纤维）嵌入到树脂基体中而形成的。
纤维在材料中起到增强作用，能够有效地抵抗冲击载荷。
在冲击过程中，纤维可以吸收和分散能量，从而减轻材料的损伤程度。
例如，碳纤维增强复合材料在航空航天领域中广泛应用，用于制造飞机的结构部件，如机翼、机身等，因为这些部位在飞行过程中可能会受到鸟撞等冲击事件的影响。
蜂窝结构复合材料则以其独特的结构形式提供了良好的抗冲击性能。
其内部的蜂窝状结构能够在受到冲击时发生变形，通过塑性变形和屈曲吸收大量的能量。
这种材料常用于汽车制造中，如车门、引擎盖等部位，以提高车辆在碰撞时的安全性。
泡沫金属复合材料是将泡沫金属与其他材料结合而成。
泡沫金属的多孔结构使其具有良好的能量吸收能力，在冲击时能够有效地缓冲冲击力。
这种材料在防护装备、轨道交通等领域有着潜在的应用价值。
影响轻质复合材料抗冲击性能的因素众多。
材料的组成和结构是首要因素。
纤维的类型、长度、含量以及基体的性质都会对复合材料的抗冲击性能产生显著影响。
例如，碳纤维的强度高于玻璃纤维，使用碳纤维增强的复合材料通常具有更好的抗冲击性能。
此外，复合材料的制造工艺也至关重要。
不同的成型方法（如手糊成型、模压成型、注塑成型等）会导致材料内部的纤维分布和孔隙率不同，从而影响其抗冲击能力。
冲击的类型和强度也是不可忽视的因素。
冲击可以是低速冲击（如物体的掉落、碰撞），也可以是高速冲击（如爆炸冲击、子弹射击）。
《冲击载荷下新型纤维金属杂化复合材料(FM-HLC)的动态力学行为研究》
《冲击载荷下新型纤维金属杂化复合材料（FM-HLC）的动态力学行为研究》篇一一、引言随着现代工业的飞速发展，对新型材料的力学性能提出了更高的要求。
在各种材料中，新型纤维金属杂化复合材料（FM-HLC）以其出色的综合性能成为了研究热点。
在冲击载荷下，该类复合材料的动态力学行为直接关系到其应用的安全性和可靠性。
因此，对FM-HLC在冲击载荷下的动态力学行为进行研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、FM-HLC的材料组成与特性FM-HLC是一种由新型纤维和金属基体组成的杂化复合材料。
其独特的组成使得该材料具有优异的力学性能和物理性能。
新型纤维的高强度、高模量和良好的耐腐蚀性，与金属基体的良好相容性，使得FM-HLC在承受冲击载荷时表现出良好的能量吸收能力。
三、冲击载荷下的动态力学行为研究方法为了研究FM-HLC在冲击载荷下的动态力学行为，我们采用了多种实验和模拟方法。
包括动态拉伸试验、冲击试验、有限元模拟等。
这些方法从多个角度全面分析了FM-HLC在冲击过程中的应力分布、能量吸收以及破坏模式等。
四、实验结果与分析1. 动态拉伸试验：通过动态拉伸试验，我们观察到FM-HLC 在受到拉伸时，纤维和金属基体之间的相互作用使得材料表现出良好的延展性和能量吸收能力。
2. 冲击试验：在冲击试验中，我们模拟了不同速度和不同角度的冲击过程，发现FM-HLC在受到冲击时能够有效地分散和吸收能量，表现出良好的抗冲击性能。
3. 有限元模拟：通过有限元模拟，我们进一步分析了FM-HLC在冲击过程中的应力分布和能量传递过程。
模拟结果与实验结果相吻合，验证了我们的研究方法的有效性。
五、讨论与结论根据实验和模拟结果，我们得出以下结论：1. FM-HLC在冲击载荷下表现出良好的能量吸收能力和抗冲击性能，这主要得益于其独特的纤维金属杂化结构。
2. 新型纤维的高强度和高模量使得其在冲击过程中能够有效地传递和分散应力，而金属基体则提供了良好的相容性和能量吸收能力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收稿日期:2008-01-15 文章编号:1673-1220(2008)04-048-04复合材料冲击试验机的研制及相关试验唐义号1,杨建国1,罗国仁1,王永贵2(1.中国直升机设计研究所,景德镇,333001;2.中国船舶重工集团第七o三研究所,哈尔滨,150066)摘 要 简要概括了复合材料冲击试验的研究现状,详细介绍了某落锤式冲击试验机的研制及工作原理;以某层压板为例验证了该试验机性能,并对比分析了冲击前后层压板强度的变化。结果表明:该试验机数据收集满足试验要求;层压板受到低能冲击后内部出现大量分层损伤,其强度值降低最大达35%。关键词 复合材料;冲击试验机;层压板;损伤中图分类号: V250.2 文献标识码: A
StudyonImpactingMachine&RelevantExperimentTANGY-ihao1,YANGJian-guo1,LUOGuo-ren1,WANGYong-gui2(1.ChinaHelicopterResearchandDevelopmentInstitute,Jingdezhen,333001;2.No.703ResearchInstituteofCSIC,Haerbin,150036)
Abstract Thecurrentstudyingconditionaboutimpactingexperimentstocompositeswassumma-rizedbrieflyandthedesigning&workingprincipleoftheimpactingmachinewereintroducedde-tailedly.Thepropertyoftheimpactingmachinewasvalidatedbyexperimentofimpactingtosomecompositelaminates,andthestrengthattenuationwasanalysed.Theresultsshewthattheimpactingmachinesatisfiestherequestofcollectingofdata,andtheimpactingoflowenergycouldleadvastlaminatedamageintheofthecompsitelaminatesandthestrengthmostlyreduced35%.Keywords composite;impactingmachine;laminates;damage
1 前言复合材料由于具有较高的比强度和比刚度,在航天航空等方面得到了广泛的运用。但是,其制造工艺和本身材料性能特点,使得复合材料及其构件在制造和使用的过程中不可避免的带有缺陷和受到损伤。特别是工具的坠落、操作和维护设备的撞击,以及跑道的碎石、冰雹或鸟类等外来物冲击所形成的损伤,往往表现为目视不可检的/内伤0。实验表明,这类/内伤0使材料或结构的承载能力及寿命显著降低,从而对结构安全构成潜在威胁。近年来,在复合材料层压板结构实际应用中,许多实验研究工作集中在低能量冲击条件下复合材料结构的损伤破坏模式、损伤产生和扩展机理及影响因素等方面。关于对损伤后复合材料层压板结构力学性能方面的研究,主要通过试验进行评定。实验研究大部分以半圆头落锤、摆锤模拟制造、维修时工具掉落对复合材料层压板结构造成的冲击[1];以空气枪模拟飞机起飞及降落时跑道上碎石飞溅或冰雹对机体所造成的冲击破坏。如落锤式冲击试验机冲击锤质量不超过15kg,冲击的速度一般小于7m/s;摆锤式冲击试验机冲击锤也不超过15kg,但其冲击
总第156期2008年第4期 直 升 机 技 术HELICOPTERTECHNIQUE TotalNo.156No.42008速度小于2m/s;气枪式冲击适宜小于250g的冲击头以及速度高于100m/s时的试验。实验以对层压板结构试件进行正冲击为主,根据需要分别测定和分析冲击过程中层压板结构的接触力的变化、能量、应力、应变、位移与时间的关系(加载、卸载规律)及它们之间的相互关系,以确定损伤产生和扩展时能量释放、应力或应变的阈值,分析冲击能量(速度)、冲击物质量、尺寸和形状、层压结构板的几何形状及铺层方式对冲击损伤破坏的影响[2],同时对复合材料层压板结构冲击后的压缩强度进行实验研究。这些研究对复合材料层压板结构的安全设计和损伤容限的评定提供了可靠的依据。上述的试验研究及理论分析必须建立在足够的可靠试验数据之上。因此,研制一种简单、可靠、重复性好、具备实时数据采集功能的冲击试验机对于复合材料性能的评定和应用具有重要意义。2 冲击试验机机械结构及开发原理本套冲击试验机由机械结构系统与电测系统两大部分构成,该实验设备能够完成冲击实验与数据采集分析的全过程。全系统包括机械钢架、落锤结构、提升与释放机构、数据采集系统和数据分析系统几部分。本试验装置配有两套不同的冲击压头,压头直径分别为1215mm和25mm。冲头质量为5kg,冲击载荷压头是半球形。冲击载荷的能量从1~50J不等变化,依据下落的高度(最大高度是2m)和落锤的质量来控制。将落锤拉至所需高度释放,落锤沿两侧导轨自由落下,冲击试件冲击所发生的物理现象有结构响应、冲击效应以及波的传播。在冲击过程中重要的因素是冲击的速度大4。经过某点需计算其速度,测速系统原理如图1所示,在导轨上落锤的下落方向上布有两对光电传感器,电路中维持高电平。当落锤经过时,阻挡光的通路,即在此刻产生一个负脉冲,记录下该时刻;两对光电门按照一定的合适距离安装在试件上方不远处,则用两个负脉冲之间的时间间隔去除光电传感器的间距,得到的数据即能够近似反映落锤冲击试件前的瞬时速度,即V瞬时UV平均=d/(t2-t1)。由于落锤下落时在重力作用下作加速运动,故间隔d要适中,如果过大会造成该段内的平均速度与冲击瞬间的瞬时速度相差过大,若d过小又会在计时过程中产生较大相对误差。此外光电传感器的布置要依试件高度调节,使之距离试件顶端不太远。冲击压头上装有一个压力传感器,用以测量冲击压头与冲击物的接触力,其信号处理结构系统见图2。
试验数据由一个P.C试验计数器记载,这个数据记载器的精度是:八个各自独立的数据输入通道,8字节的准确度,采样率是1Ls(1MHz)。冲击过程中,冲击速度计算公式为:
V(t)=1MQt0F(t)dt (1) 其中M为落锤重量,F(t)是所记录的冲击击接解力与时间的关系函数。冲击点位移计算公式为:
S(t)=12MQt0F(t)t2dt (2) 根据所记载的F(t)及(1)、(2)式可计算得出冲击速度及位移函数。数据处理时,以冲击物接触冲击体时为零时刻。由于试验数据量很大,因此用C++编写了通
#49# 2008年第4期 唐义号,等:复合材料冲击试验机的研制及相关试验用的Windows界面操作窗口,如图3和图4。在操作窗口中能自动的显示出整个冲击过程中冲击峰值的变化过程,也可有选择的搜索某个阶段的冲击情况。3 试验以某层压板为试件,安排了三组试验:A、B、C组。A组进行静压缩试验;B、C组:分别以315J,412J的能量对层压板进行冲击,从冲击后的试件中任选5个进行静压缩试验,余下用作热揭层试验以分析其内部损伤情况。图5是冲击现场图,图6是层压板冲击后正面俯视图。明显,层压板正面有一个未穿透的小坑。坑的周围略微有些塌陷。表观上层压板其它部位的损伤不是很严重。图7是用热揭层法处理后某试件某层的损伤情况,明显层压板冲击周围出现了严重的分层和纤维断裂。且损伤形状多为椭圆形或/花生形0,具体形状与各层的纤维取向及邻层的纤维取向有关系。两组试验测得冲击力最大值与最小值相差5%,各组试件冲击力)冲击时间曲线变化趋势基本一致,任选其中两组曲线加以分析,见图8。图中明显的显示出了冲击过程中的应力峰值的变化过程:可以发现在冲击起始阶段,载荷有一些小范围的振荡,然后才进入稳定上升阶段。之后,冲击力曲线出现反复震荡。每次振荡对应着一次局部失稳、基体开裂、纤维断裂和损伤(主要是分层)扩展的过程。在最大冲击力附近,振荡的频率及幅度都是最大的,这说明在最大力附近损伤的发展是最严重的。最大力之后冲击力小幅度振荡,随后进入缓慢的衰减阶段。
#50#直升机技术 总第156期 图8 冲击接触力 通过A组试验数据算得未受冲击层压板强度均值,分别与B组和C组冲击后的试件强度进行比较,见表1。明显,低能冲击后层压板强度有不同程度降低,最大降低了35%。结合热揭层试验可知强度的降低主要缘于层压板的层间分层损伤。表1 剩余压缩强度比值试件B1B2B3B4B5C1C2C3C4C5比值01790183017501800184016501760180016801724 结论(1)复合材料受冲击载荷作用时,一部分冲击动能转变为可恢复的弹性应变;另一部分却被材料所吸收,造成了不可恢复的损伤。(2)所研制冲击试验机简单、可靠、重复性好、具备实时数据采集功能,可以同时对冲击速度、接触压力、应变及位移等进行采集和分析。(3)复合材料层压板受到低能冲击后,内部出现了大量的分层损伤,该损伤可导致层压板强度减少35%之多;各层损伤形状为/椭圆形0或/花生形0。
参考文献:[1] HanKS,Hwang.W.FatiguelifepredictionandfailureMechanismofcomposites.AdvancedCompositeMater-ials.20052(1):29-50.[2] ManellF,MeierUrs.Fatiguecrackpropagationin0/90E-glass/ePoxycompositesfatigueofCompositeMater-ials.ASTMSTP5691995:28-44.[3] S.Abrate.TheDynamicsofImpactonCompositeStruc-tures.KeyEngineeringMaterials.1998(141)671-694.
#51# 2008年第4期 唐义号,等:复合材料冲击试验机的研制及相关试验