混杂复合材料低速冲击力学性能实验研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:youdong1964
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由于纤维种类、混杂结构、混杂比例具有灵活的可设计性,纤维混杂复合材料会出现各种不同的混杂效果。纤维混杂复合材料既能保持单一纤维复合材料的某些性能优点,又能一定程度上消除复合材料力学性能的短板效应,将大大地扩展复合材料的应用范围。课题结合当前高性能纤维的发展,研究了两个类型的纤维混杂复合材料低速冲击性能,1.芳纶/超高分子量聚乙烯(Aramid/UHMWPE)混杂复合材料2.碳/芳纶(Carbon/Aramid)混杂复合材料,每类混杂复合材料均设计了两种层间混杂、两种夹芯混杂和层内混杂共五种混杂结构,对比不同混杂结构性能间的差异,优选性能优良的混杂结构,从实验角度为混杂复合材料抗冲击性能设计提供了理论依据。芳纶/UHMWPE纤维混杂复合材料具有更高的减重效率,通过落锤冲击实验评价了混杂结构、UHMWPE纤维混杂含量对其冲击载荷、冲击弹性应变能、冲击损伤形貌等抗冲击性能的影响。结果表明,芳纶/UHMWPE混杂复合材料层板载荷峰值均大于两种单一纤维复合材料层板,试样冲击正面与背面均为芳纶纤维的层间混杂层板冲击载荷峰值最大,冲击正面与背面均为UHMWPE纤维的混杂层板分层损伤严重;五种混杂结构层板吸收能量均小于单一纤维层板,而弹性应变能均大于单一纤维层板,芳纶/UHMWPE纤维混杂复合材料展现了良好冲击韧性。在冲击能量相近的情况下,层内混杂层板冲击后损伤面积最小;随着UHMWPE纤维混杂含量增加,冲击载荷峰值先增大后减小,当UHMWPE纤维混杂含量约为40%时,层间混杂复合材料层板冲击载荷峰值最大。对于碳/芳纶纤维混杂复合材料层板,本文探讨了其冲击载荷、韧性指数DI值、凹坑深度、内部损伤情况等冲击损伤形貌。结果表明,碳纤维层板具有最大的冲击载荷峰值,芳纶纤维层板冲击载荷峰值最小,混杂复合材料层板冲击载荷峰值介于两者之间,五种混杂结构碳/芳纶纤维混杂复合材料中,层间混杂复合材料展现了最大的载荷峰值。五种混杂复合材料具有较高的DI值,层间混杂复合材料层板DI值最大,表现出良好的冲击韧性。在冲击能量相近的情况下,五种混杂结构复合材料中,层间混杂层板冲击后损伤面积最小,展现了良好的冲击损伤阻抗。
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