1 Inleiding
Koolstofveselversterkte epoksie-komposiet (CFK) het baie voordele soos lae digtheid, hoë spesifieke sterkte, hoë spesifieke styfheid, moegheidsweerstand, korrosiebestandheid en goeie meganiese eienskappe. Dit word wyd gebruik in lugvaart en ander omgewingsvriendelike strukture, klam hitte en impak. Die invloed van omgewingsfaktore op materiale word toenemend duidelik. In onlangse jare het binnelandse en buitelandse geleerdes 'n groot aantal studies uitgevoer oor die effekte van 'n warm en vogtige omgewing op CFK-komposiete [1] en die impak van impak op CFK-komposiete. Die studie het bevind dat die invloed van 'n warm en vogtige omgewing op CFK-komposiete die plastisering van die matriks [2, krake [31 en verswakte vesel-matriks-koppelvlak-eienskappe [2'3'5], CFK-komposietbuiging met toenemende nat hittebehandelingstyd] insluit. Die meganiese eienskappe van die werkverrigting [2, lood- en interlaminêre skuifeienskappe [2, 1 en statiese trek-eienskappe [3'6'7] het 'n afwaartse neiging getoon. Woldesenbet et al. [8,9] het die impakmeganiese eienskappe van komposiete teen hoë vervormingstempo's na nat hittebehandeling bestudeer, en bevind dat die warm en vogtige omgewing die impaksterkte van die komposiete verbeter het. Dit is aan die lig gebring dat die vogabsorpsie van saamgestelde materiale die impakmeganiese eienskappe van materiale onder sekere toestande kan verbeter, wat heel anders is as die eksperimentele resultate onder kwasi-statiese toestande. Die huidige belangrikste navorsingswerk is die effek van klam hitte (insluitend wateronderdompeling) op die lae-snelheid impakeienskappe van veselversterkte harsmatrikskomposiete. Pan Wenge et al. [10] het die kompressie-eienskappe van tweedimensionele geweefde veselglas/epoksi-saamgestelde laminate bestudeer na lae-spoed impak by kamertemperatuur en onder warm en vogtige toestande (65 °C wateronderdompeling). 4. Die laminaat onder die warm en vogtige omgewing word verkry na lae-spoed skok. Die kompressieprestasie word aansienlik verminder. Karasek et al. [1] het die effekte van humiditeit en temperatuur op die impak van grafiet/epoksi-saamgestelde materiale bestudeer en dit in lae-temperatuur en kamertemperatuur omgewings verkry. Humiditeit het min effek op die aanvanklike energie en energie-absorpsie van die skade. Yucheng zhong et al. [12,13] het 'n lae-spoed impaktoets op saamgestelde laminate na nat hittebehandeling uitgevoer. Daar word tot die gevolgtrekking gekom dat die warm en vogtige omgewing die impakskade van die laminaat aansienlik verminder. Verbeter die impakweerstand van laminate. Krystyna et al. [14] het die laespoed-impak van aramied-glasvesel/epoksi-komposiet na nat hittebehandeling (70 °C wateronderdompeling) bestudeer en 'n kleiner impakskade-area na nat hittebehandeling verkry. Dit veroorsaak delaminasieskade binne die monster, wat meer energie tydens impak absorbeer en die vorming van delaminasie inhibeer. Uit bogenoemde kan gesien word dat die invloed van die vogtige hitte-omgewing op die impakskade van saamgestelde materiale 'n bevorderende effek en 'n verswakkende effek het. Daarom is verdere navorsing en verifikasie nodig. Wat die impak betref, het Mei Zhiyuan et al. [15] 'n tweestadium (skuifpenetrasie en deurlopende penetrasie) penetrasiedinamika-analisemodel van veselversterkte saamgestelde laminate onder hoëspoed-impak voorgestel en gevestig. Guiping Zhao et al. [16] het drie soorte verskillende snelhede (minder as, gelyk aan en groter as die ballistiese limietspoed) op die impakprestasie en skade van die monster na drie soorte laminate uitgevoer, maar het nie die impak van die vogtige hitte-omgewing op die impakskade betrek nie. Gebaseer op die bogenoemde literatuur, moet die verwante navorsing oor die impak van die nat en warm omgewing op die veselversterkte saamgestelde laminate nog verder ondersoek word. In hierdie artikel is die impakskade-eienskappe van nat hitteversadigde koolstofvesel/epoksie-saamgestelde laminate onder 70 °C waterbadtoestande bestudeer. Die effekte van die warm en vogtige omgewing op die impakfalingseienskappe van komposiete is geanaliseer deur vergelyking met droë kamertemperatuurmonsters. In die eksperiment is die CFRP-laminate teen 45 m/s, 68 m/s en 86 m/s op die CFRP-laminate gebots. Die snelheid voor en na die impak is gemeet. Die invloed van die warm en vogtige omgewing op die energie-absorpsieprestasie van die laminate is geanaliseer. Ultrasoniese c-skandering is gebruik om die interne skade van die laminaat op te spoor, en die invloed van die impaksnelheid op die gebreekte area is geanaliseer. Die skandeerelektronmikroskoop en die ultra-diepte-diepte driedimensionele mikroskopiese stelsel is gebruik om die mesoskopiese eienskappe van die monsterskade waar te neem, en die skade van die monster is deur die vogtige hitte-omgewing geanaliseer. Die impak van kenmerke.
2 Eksperimentele materiale en metodes
2. 1 Materiaal en voorbereiding
Koolstofvesel-epoksiehars (T300/EMl 12) saamgestelde materiaal, vooronderdompeling verskaf deur Jiangsu Hengshen Co., Ltd., enkellaag vooronderdompeling dikte van 0.137 mm met 'n veselvolumefraksie van 66%. Die laminaatpaneel word op die vloer van die laag gelê, grootte 115 mm x 115 ml. Die vormingsproses van die warmpers-tenk word gebruik. Die uithardingsprosesdiagram wat deur die proses voorberei is, word in Figuur 1 getoon. Verhoog eers die woning van kamertemperatuur tot 80 °C teen 'n verhittingstempo van 1 tot 3 °C/min, hou dan warm vir 30 min, verhit tot 130 °C teen 'n verhittingstempo van 113 °C/min, hou warm vir 120 min, verminder tot 600C teen 'n konstante afkoeltempo, en verwyder dan die druk en laat vry, en laat vry.
2. 2 Nat hittebehandeling
Na die voorbereiding van die monster is die monster nathitebehandel volgens die spesifikasie HB 7401-96.171 "Harsgebaseerde saamgestelde laag nat warm omgewing vogabsorpsie eksperimentele metode". Eerstens word die monster in 'n termostatiese droogkamer by 70 grade C geplaas om droog te word. Gewig word gereeld met behulp van balanse totdat die kwaliteitsverlies van die monster stabiel is teen nie meer as 0.02% nie, die aangetekende waarde op hierdie tydstip is Ingenieursdroë Massa G. Na droging word die monster in 70 grade C water geplaas vir nathitebehandeling. Volgens die spesifikasie HB 7401. Die metode wat in 96 gespesifiseer word, "meet die kwaliteit van die monster elke dag, aangeteken as Gi, en teken die verandering van vogabsorpsie Mi aan. Die vogabsorpsie-uitdrukking van die CFRP-laminaatmonster is:
Die formule word gedetailleerd as volg vertaal: Mi is die vogabsorpsie van die monster, Gi is die kwaliteit nadat die monster vog geabsorbeer het, g, go is die droëtoestandkwaliteit van die monsteringenieurswese.
2. 3 Impak Eksperimente
Die hoëspoed-impakeksperiment op die CFRP-laminaat is uitgevoer op 'n hoëspoed-lugkanon met 'n deursnee van 15 mm. Die hoëspoed-impaktoetstoestel (sien Figuur 2) sluit in 'n hoëspoed-luggeweer, laserspoedmetingstoestel voor en na impak, koeëlliggaam, monsterinstallasie-bevestiging (regsbo in die hoek van Figuur 2), en koeëlliggaam-veiligheidsherwinningstoestel. Die koeëlliggaam is 'n keëlkop-silindriese koeël (Figuur 2), en die volume van die koeël is 24.32 g met 'n deursnee van 14.32 mm; impakspoed is 45 m/s (impakenergie 46 J), 68 m/s (impakenergie 70 J), 86 m/s (impakenergie 90 J) impak.
2. 4 Skade-opsporing van monsters
Nadat dit deur die impak beïnvloed is, word die koolstofvesel-kleur-epoksie-saamgestelde laminaatlaag-randplaat gebruik om die interne impakskade van die CFRP-laminaatplaat op te spoor, en die projeksie-area van die impakskade-area word gemeet deur die beeldanalise-sagteware UTwim, en die gedetailleerde kenmerke van die dwarssnitvernietiging word waargeneem deur 'n skandeerelektronmikroskoop en 'n ultra-diepte-van-veld 3D-mikroskopiese stelsel.
3 Resultate en besprekings
3. 1 Vogabsorpsie-eienskappe van monsters
Na 'n totaal van 37.7 dae is die gemiddelde versadigde vogabsorpsie 1.780%, met 'n diffusiesnelheid van 6.183x10.7lllnl2/s. Die vogabsorpsiekurwe van die CFRP-laminaatmonster word in Figuur 3 getoon. Soos uit Figuur 3 gesien kan word, is die aanvanklike groeisnelheid van die vogabsorpsie van die monster lineêr. Na die lineêre stadium begin die groeisnelheid van die vogabsorpsie afneem, en bereik dit 'n bestendige vlak na ongeveer 23 dae, en bereik dit vogabsorpsieversadiging na 'n tydperk. Daarom stem die vogabsorpsie van die monster ooreen met die tweestadium-vogabsorpsiemodus: die eerste stadium van vogabsorpsie is te wyte aan die gesamentlike werking van temperatuur en humiditeit. Vog deur die materiaal self bevat porieë, gate, krake en ander defekte wat na die binnekant van die materiaal versprei. Die waterdiffusie is stadig en bereik geleidelik versadiging in hierdie stadium.
3. Die skynbare vernietigingseienskappe van die 2-laag laminaatbord
Die impakspoed van die monster se voorkant en agterkant is meer soos die vernietigingsprofiel van die voorkant van die droë kamertemperatuurmonster en nat warm versadigingsmonster. Die vernietigingsvorm van die voorkant van die monster is meer soos dié van die twee monsters in die impak. As gevolg van die krake in die fondament, het die vernietiging langs die eerste vesellaag 'n sekere gly. Dit veroorsaak dat die voorkant 'n elliptiese of reghoekige vorm het, en benewens die krake in die substraat, kan ook gesien word dat die vesels breek. Deur die droë kamertemperatuurmonster en nat warm versadigingsmonster kan gesien word dat die agterkant in die impakrigting 'n sekere bult het en 'n kruisvormige kraak toon. Dit is duidelik dat die veselfraktuur, die basiskrake en die tussenlaagfraktuur (laagvorming) drie vorme van vernietiging is. Die laaste deel van die vesel word opgelig, maar nie gebreek nie, slegs lae en vesel/basiskrake. Die veselfraktuur verskil ook, soos gesien kan word uit die vergelyking van die voor- en agterskade. Die voorkant veroorsaak die fraktuur van die vesel en die substraat as gevolg van kompressie en skuif. Die agterkant is as gevolg van strek wat veroorsaak dat die vesel breek en die substraat breek. Figuur 4 toon 'n skokspoed van 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s wanneer die monster interne skade C skandeer. Die area aangedui deur die benaderde ronde grys lyn in die middel van die figuur is die geprojekteerde area van die skadegat. Die swart lyn bo en onder elke klein grafiek dui die area vir die agterste afskilferingsarea van die monster aan. Die area gemerk in die wit lyn in figuur (b) (d) (f) is die interne skade aan die monster langs die grens. Die grafiek toon dat die impakenergie toeneem namate die spoed van die impak toeneem. Die gelamineerde plaat kan meer energie tydens impak absorbeer (sien Figuur 6 vir spesifieke waardes), wat lei tot 'n toenemende area van laminaatskadeprojeksie: deur die droë kamertemperatuurmonster te vergelyk met die prentjie van die nat-warm versadigingsmonster, kan gesien word dat daar interne skade (wit lyn) van die monster is wat langs die grens in die nat-warm versadigingstoestand van die monster geproduseer word, hoofsaaklik as gevolg van die absorpsieproses. Die plastisering van die substraat in die laminaatplaat en die verswakking van die vesel-basis-grensvlak veroorsaak dat die grens 'n sekere effek op die laminaatplaat het tydens die impakproses. Volgens die figuur verskil die agterste afskilferingsarea (swart lyn) van die monster in 'n droë toestand nie veel van die nat warm versadigingstoestand nie.
3. Die gedetailleerde vernietigende kenmerke van die 3-laag paneel
Die dwarssnit-skade-kenmerkkaart van die CFRP-laagvoegplaat, geneem deur die ultra-diepte 3D-mikrostelsel en die skandeerelektronspieël, met die impakspoed van 45 m/s, droog en nat en warm, toon dat die skade van die monster in beide toestande drie vorme van vernietiging insluit: veselfraktuur, basiskrake en tussenlaagfraktuur. Maar die basis van die twee monsters is anders gekraak. Die krake van die substraat in 'n droë toestand is gekraak by die verbinding tussen die vesel en die substraat. Die krake van die substraat na nat hittebehandeling gaan egter gepaard met die uitval van fragmente van die substraat. Wold-esenbet en ander materiale in die nat en warm omgewing van die impakprestasie van die struktuur van die struktuur en veselsubstraat-koppelvlakdegradasie word gesamentlik bepaal. In die nat warm omgewing ervaar die CFRP-laagplaat in die harsbasis absorpsie van 'n sekere hoeveelheid water, wat sypelende water sal veroorsaak dat die harsubstraat oplos. Koolstofvesel is nie absorberend nie, dan moet daar nat uitbreiding tussen die twee wees, hierdie verskil verswak die koppelvlak tussen die substraat en die vesel, wat die sterkte van die substraat verminder. Wanneer dit aan die impaklas onderwerp word, val die substraatfragmente maklik uit, wat 'n verskil in die beskadigingskoppelvlak van die droë kamertemperatuurmonster tot gevolg het. Uit die gedetailleerde struktuur van die geskandeerde elektriese spieël kan gesien word dat die krake van die nat en warm na-basisliggaam hoofsaaklik die los krake van die persbreuk is, terwyl die krake voor die nat hitte hoofsaaklik bros is, en die horisontale skuifkraak tussen die lae meer duidelik is. Uit die optiese mikroskoop in die figuur kan gesien word dat die vernietigingsvorme in die twee gevalle verskil, en die droë toestand is tussen-sny vernietiging. Om die vernietiging hoofsaaklik te sny, na nat hitte vir die vorm van vernietiging gepaard met beduidende gelaagde vernietiging, het die proporsie van gelaagde vernietiging uitgebrei. Dit kan gesien word uit die hoek van vernietigingsmeganisme en energie-absorpsie-eienskappe. Mei Zhiyuan het twee stadiums van die projektielinval voorgestel: die snystadium en die deurlopende invalstadium. Die A-area in die nat warm monster is die skuifinvalstadiumvernietiging, hoofsaaklik omdat die laagplaat in die impakproses saamgepers en geskuur word vir die vorming van die vernietigingsvervorming, b-area is die deurlopende invalstadiumvernietiging. Hierdie stadium is hoofsaaklik te wyte aan die vermindering van die koeëlliggaam se indringingspoed onder die werking van die strekspanningskomponent van die veselagtige laag, en die energie word hoofsaaklik omgeskakel in die veselstrekspanningsenergie en die tussenlaagbreukenergie (l 51), sodat die veselbreuk el en die vorige veselbreuk nie in 'n reguit lyn is nie. In die droë monster is hierdie verskynsel nie voor die hand liggend nie, en die skade aan die plaat is ernstiger, die laagplaat het 'n kraaktoestand. 3. 4 Absorpsie-energie en skadegatprojeksie-area-analise Figuur 5 toon die verband tussen droë kamertemperatuur en nat warm versadiging van die lanseringspoed en energieverlies van die liggaam. By 'n invalspoed van ongeveer 45 m/s, herstel die droë kamertemperatuur van die koeël almal, dus nie in die figuur getoon nie. Soos uit Figuur 7 gesien kan word, wanneer die toets onder nat termiese versadiging getoets word, is die koeëlenergieverlies ernstig, en die suigkapasiteit van die monster na die nat hittebehandeling neem toe.
Figuur 6 is 'n grafiekdiagram van die projeksie-area van die koeëlliggaam se invalspoed en die CFRP-laag se skadegat (die grys lyn merk 'n deel van Figuur 4). Omvattende figure (4), (5), (6) kan gesien word: (1) met die toename van impakspoed neem die CFRP-laag se skadegat se projeksie-area toe; (2) Die projeksie-area van die skadegat in die monster in droë kamertemperatuur is groter as dié van nat warm versadiging; (3) wanneer die impakspoed ongeveer 45 m/s is, is die projeksie-area van die skadegat van die gelamineerde plaat na nat hittebehandeling baie groter as die projeksie-area van die gelamineerde plaat se skadegat in die droë kamertemperatuurtoestand. Die nat termiese versadigingsmonster se skade-l-gat projeksie-area het met 85,1% toegeneem en teen 'n skokspoed van ongeveer 68 m/s het die gelamineerde plaat in 'n nat en termiese versadigingstoestand met 18,10% toegeneem, die absorpsiewaarde (Figuur 5) het met 15,65% toegeneem; Teen 'n impakspoed van ongeveer 88 m/s is die gelamineerde plaat in die nat en termiese versadigingstoestand met 9,25% verminder, terwyl die absorpsiewaarde steeds met 12,45% toegeneem het.
Gebaseer op die navorsingsresultate van Yucheng Zhong en ander produkte, verbeter die vogabsorpsie van koolstofveselversterkte saamgestelde materiale die elastiese limiet en impakweerstand van die laminaatplaat, en kombineer die geprojekteerde area van die skadegat van die droë kamertemperatuurmonster en die nat warm versadigingsmonster in hierdie artikel (Figuur 4 in die grys lyn). Die verwantskapsdiagram met die koeël-liggaam-invalspoed en die projeksie-area van die CFRP-laag-skadegat, en die gelaagde skade van die CFRP-laagverbindingsbord kan vergelyk word wanneer die impakspoed dieselfde en laag is. Die skadegat-area van die nat warm versadigingsmonster is relatief groot. Dit is as gevolg van die nat hittebehandeling wat die CFRP-laag-substraat plastiseer, wat die vesel- en substraat-koppelvlak en tussenlaagprestasie verswak, en tydens die impak, die nat hitteversadigingstoestand van die monster se gelaagde skade-uitsetting, die proporsie van skade verhoog. Gebaseer op Wu Yixuan en ander eksperimente, weet ons dat die impakenergie in die vertikale plaveiselrigting hoofsaaklik deur die harssubstraat geabsorbeer word, waarna die plastisering van die substraat veroorsaak dat die nat en warm versadigingsmonster meer energie tydens die impakproses absorbeer, die impakweerstand verbeter en die projeksie-area van die skadegat vergroot; CFRP-laminaatskade is nie ten volle verleng nie, die impak is verby, dus wanneer die impakspoed hoër is, is die nat hittebehandeling op die CFRP-laminaatskadeprojeksie-area nie meer ernstig nie, maar as gevolg van die plastisering van die substraathars, word die absorpsiekapasiteit steeds verhoog.
4 Gevolgtrekkings
(1) Met die toename in impaksnelheid neem die geprojekteerde area van die skadegat van koolstofveselversterkte epoksiehars-saamgestelde (CFRP) laminaat toe, en die groeikoers van die skade-孑L-gat in die monster by droë kamertemperatuur is hoër as dié onder nat hitteversadiging. Groot: (2) Wanneer die impaksnelheid 45 m/s is, word die skadeprojeksie-area van die CFRP-laminaat in die nat hitteversadigingstoestand met 85.11% verhoog, wanneer die impaksnelheid 68 m/s is, word die skadeprojeksie-area van die CFRP-laminaat in die nat hitteversadigingstoestand met 18% verhoog in vergelyking met die CFRP-laminaat in die droë kamertemperatuurtoestand. 10%, die impaksnelheid is 86 m/s. Die benatte versadigde cFRP-laminaat se skadeprojeksie-area word met 9.9% verminder in vergelyking met die droë kamertemperatuur cFRP-laminaat. 25%; (3) Nadat die cFRP-laminaat deur die warm en vogtige omgewing beïnvloed word, word die tussenlaagprestasie van die laminaat verminder, wat lei tot die uitbreiding van die delaminasie-area.
Plasingstyd: 24 Junie 2019