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碳纤维蜂窝夹芯板的压缩破坏机理研究
发布时间:2021-07-08 10:44浏览次数:

        碳纤维复合材料夹芯板是典型的复合材料结构,并且由于夹芯的存在而表现出异于其它结构类型的优点和特性.与叠层板相比.目前对复合材料夹芯结构低速冲击损伤及冲击后的力学性能研究不充分.本文对Nomex蜂窝夹芯板低速冲击损伤后的压缩破坏进行实验研究,旨在了解其压缩破坏机理,为理论模型的建立和下一步的疲劳研究奠定基础。
        为了保证加载正常,试件两端加了填料将蜂窝格填实,其长度为50mm,外面再胶接厚度为1mm的铝保护片,蜂窝高约为8.3mm,一种为碳纤维复合板材质,一种在碳纤维板表面加了平纹玻璃布。冲击实验和冲击损伤压缩是在MTS-880实验机上进行的。试件两端固定,两侧边无任何支撑。为了能随时观察加载过程中损伤的扩展情况,由人工控制加载的速度,冲击损伤和压缩过程中的损伤扩展,用x光、热揭层以及彩色照片等技术来测试、观察和记录。
        在对多个试件研究发现,低速冲击使蜂窝夹芯板的剩余强度降低了40%以上,且随着冲击能量的增加,剩余压缩强度递减。平纹玻璃布对无损伤蜂窝夹芯板的压缩性能没有影响,却提高了其受低速冲击损伤后的抗压能力。
        从外观看,受冲击试件的压缩破坏仅发生在前面板,后面板无可见损伤,因此蜂窝夹芯板低速冲击损伤后的压缩性能是由前面板控制.其典型的破坏形式:前面板中心区域局部失稳,靠近两侧边区域有面板铺层断裂,为强度破坏。未冲击试件的破坏形式是,边缘开始分层并扩展,引起压缩强度破坏。
在蜂窝夹芯内没有出现压缩破坏,尽管靠近夹芯的铺层有裂纹,但不破坏面板与蜂窝的界面,也不破坏蜂窝面板与夹芯间的损伤,与未压缩的试件相比,没有明显变化。
        局部失稳时前面板的分层损伤比受载前大,铺层内的裂纹数量亦稍有增加.从局部失稳状态到最终破坏,载荷增量很小,分层和裂纹却扩展得很快。破坏后,各铺层的断裂和各界面的分层位置、方向基本一致,但分层的大小不同。
        局部失稳时,有些试件前面板0°铺层出现-45°裂纹,有些试件0°铺层不出现裂纹。然而,前面板中与夹芯相邻界面的分层都发生了明显的扩展,且扩展方向为90°。其它界面的损伤,要么不明显,要么扩展区与原损伤区不连续,说明局部失稳产生的主要因素是面板靠近夹芯界面的分层扩展。
        0°层内的裂纹是试样破坏的直接原因,有些试件不出现局部失稳阶段,可能是因为与局部失稳的同时伴有0°铺层的断裂,或0铺层的断裂先于失稳.这就能解释压缩破坏载荷为何接近局部失稳载荷,为什么有些试件无局部失稳阶段。
        因此,与夹芯相邻界面的分层扩展和0°铺层的起裂,决定了蜂窝夹芯板的破坏形式。蜂窝夹芯板的破坏过程大体上是,前面板内与夹芯相邻的界面先分层扩展,引起该面板内的其它损伤扩展和局部失稳,导致试件最终破坏。0°铺层斜裂纹的方向为- 45°与其上下两铺层的铺向角相同。0°铺层的断裂受其上下铺层的控制。

 
 
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