碳-芳綸混雜二維編織復(fù)合材料沖擊性能實驗研究.pdf

1、為了充分利用二維編織物生產(chǎn)效率高、纖維空間彎曲扭轉(zhuǎn)程度低、纖維性能損傷少、可設(shè)計性強等優(yōu)點，通過設(shè)計碳纖維和芳綸纖維混雜結(jié)構(gòu)，試圖提高復(fù)合材料抗沖擊性能。本課題首次以碳纖維和芳綸纖維二維編織物混雜鋪層復(fù)合材料為研究對象，主要對碳-芳綸混雜二維編織層合復(fù)合材料的沖擊性能及沖擊后壓縮性能進行實驗研究，來探究混雜結(jié)構(gòu)對沖擊性能的影響。
　　本文設(shè)計制備了層間混雜、夾芯混雜、非對稱混雜三種碳-芳綸混雜二維編織復(fù)合材料層板以及用作對比的碳纖

2、維二維編織復(fù)合材料層板。
　　通過落錘低速沖擊實驗研究了混雜結(jié)構(gòu)對其沖擊載荷、沖擊吸收能量、沖擊損傷形貌等抗沖擊性能的影響，且采用超聲C掃描和B掃描成像揭示了層板內(nèi)部沖擊損傷，初步判斷材料的抗沖擊性能。發(fā)現(xiàn)碳纖維層板的峰值載荷最高，混雜結(jié)構(gòu)層板峰值載荷稍有降低，然而，混雜結(jié)構(gòu)層板的韌性指數(shù)均大于碳纖維層板;在三種混雜結(jié)構(gòu)層板中，層間混雜層板同時具有較高的峰值載荷和韌性指數(shù)。超聲C掃描和B掃描成像結(jié)果顯示，碳纖維層板損傷深度最大，沖

3、擊背面出現(xiàn)纖維抽拔斷裂;層間混雜層板損傷深度比碳纖維層板小，但沖擊正面損傷范圍大于碳纖維層板;而夾芯混雜層板出現(xiàn)最多的分層裂紋，非對稱混雜層板出現(xiàn)內(nèi)部分層現(xiàn)象，表明層間混雜結(jié)構(gòu)能有效地平衡不均衡的層間彎曲應(yīng)力，抵抗落錘的沖擊。
　　在此基礎(chǔ)上，進行了面內(nèi)軸向壓縮實驗和沖擊后壓縮實驗，在實驗過程中首次采用數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)方法獲取試樣面內(nèi)軸向壓縮全場應(yīng)變。將沖擊前后的壓縮性能進行對比，分析得出剩余壓縮性能較好的復(fù)合材料，從而得出

4、具有較優(yōu)抗沖擊性能的混雜結(jié)構(gòu)復(fù)合材料試樣。壓縮結(jié)果表明，在較高面內(nèi)軸向壓縮載荷下，載荷會偏離試樣軸向（偏心），出現(xiàn)面外位移，并同時產(chǎn)生壓縮應(yīng)變和彎曲拉伸應(yīng)變。碳纖維層板應(yīng)變分布主要是彎曲拉伸應(yīng)變，其它三種混雜結(jié)構(gòu)層板應(yīng)變分布主要是壓縮應(yīng)變，說明芳綸纖維增加了復(fù)合材料韌性，層板塑性增加，軸向壓縮載荷偏離小。對比無沖擊損傷面內(nèi)軸向壓縮和沖擊后壓縮結(jié)果，發(fā)現(xiàn)碳纖維層板壓縮強度和壓縮模量下降最少，對低速沖擊損傷最不敏感，表現(xiàn)出較高的沖擊損傷容限