1 Giriş
Karbon lifi ilə gücləndirilmiş epoksi kompozit (CFRP) aşağı sıxlıq, yüksək xüsusi güc, yüksək xüsusi sərtlik, yorğunluq müqaviməti, korroziyaya davamlılıq və yaxşı mexaniki xüsusiyyətlər kimi bir çox üstünlüklərə malikdir. Aerokosmik və digər ekoloji cəhətdən sərt strukturlarda, nəm istilik və təsirlərdə geniş istifadə olunur. Ətraf mühit faktorlarının materiallara təsiri getdikcə daha aydın görünür. Son illərdə yerli və xarici alimlər isti və rütubətli mühitin CFRP kompozitlərinə təsiri [1] və təsirin CFRP kompozitlərinə təsiri ilə bağlı çoxlu sayda tədqiqatlar aparmışlar. Tədqiqat göstərdi ki, isti və rütubətli mühitin CFRP kompozitlərinə təsirinə matrisin plastikləşməsi [2, krekinq [31 və zəifləmiş lif-matris interfeysi xüsusiyyətləri [2'3'5], artan yaş istilik müalicəsi zamanı ilə CFRP kompozit əyilmə) Performansın mexaniki xüsusiyyətləri [2, qurğuşun və interlaminar kəsmə xassələri [2, 1 və aşağıya doğru meyl göstərdi] 6'3'. Woldesenbet və başqaları. [8,9] yaş istilik müalicəsindən sonra kompozitlərin yüksək deformasiya sürətlərində təsir mexaniki xüsusiyyətlərini tədqiq etmiş və əldə etmişdir ki, isti və rütubətli mühit kompozitlərin təsir müqavimətini yaxşılaşdırır. Müəyyən edilmişdir ki, kompozit materialların nəm udulması müəyyən şəraitdə materialların təsir mexaniki xassələrini yaxşılaşdıra bilər ki, bu da kvazistatik şəraitdə eksperimental nəticələrdən xeyli fərqlənir. Cari əsas tədqiqat işi nəm istiliyin (o cümlədən suya batırılması) liflə gücləndirilmiş qatran matriksli kompozitlərin aşağı sürət təsir xüsusiyyətlərinə təsiridir. Pan Wenge et al [10] otaq temperaturunda və isti və rütubətli şəraitdə (65 °C suya batırma) aşağı sürətli təsirdən sonra iki ölçülü toxunmuş fiberglas/epoksi kompozit laminatların sıxılma xüsusiyyətlərini tədqiq etmişdir. 4. İsti və rütubətli mühitin altındakı laminat aşağı sürətlə şokdan sonra əldə edilir. Sıxılma performansı əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Karasek və b. [1] qrafit/epoksid kompozitlərin təsirinə rütubət və temperaturun təsirini öyrənmiş və onları aşağı temperatur və otaq temperaturu mühitlərində əldə etmişdir. Rütubət zərərin ilkin enerjisinə və enerjinin udulmasına az təsir göstərir. Yucheng zhong və digərləri [12,13] yaş istilik müalicəsindən sonra kompozit laminatlar üzərində aşağı sürətli təsir testi həyata keçirdilər. Belə qənaətə gəlinir ki, isti və nəmli mühit laminatın təsir zədəsini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Laminatların təsir müqavimətini yaxşılaşdırın. Krystyna və b. [14] yaş istilik müalicəsindən (70 °C suya batırılma) sonra aramid-şüşə lifi/epoksi kompozitinin aşağı sürətli təsirini tədqiq etmiş və nəm istilik müalicəsindən sonra daha kiçik təsir sahəsi əldə etmişdir. Bu, nümunənin içərisində delaminasiya zədələnməsinə səbəb olur ki, bu da təsir zamanı daha çox enerji udur və delaminasiyanın yaranmasına mane olur. Yuxarıda göstərilənlərdən görünə bilər ki, nəmli istilik mühitinin kompozit materialların təsir zədələnməsinə təsiri təşviqedici və zəiflədici təsir göstərir. Buna görə əlavə araşdırma və yoxlama tələb olunur. Təsir baxımından, Mei Zhiyuan və digərləri [15] yüksək sürətli təsir altında liflə gücləndirilmiş kompozit laminatların iki mərhələli (kəsmə nüfuzu və davamlı nüfuzetmə) nüfuz dinamikası təhlili modelini təklif etdi və qurdu. Guiping Zhao et al. [16] üç növ laminatdan sonra nümunənin təsir performansına və zədələnməsinə dair üç növ müxtəlif sürət (balistik limit sürətindən az, bərabər və ondan çox) həyata keçirmiş, lakin nəmli istilik mühitinin zərbənin zədələnməsinə təsirini əhatə etməmişdir. . Yuxarıda göstərilən ədəbiyyata əsaslanaraq, nəm və isti mühitin liflə gücləndirilmiş kompozit laminatlara təsiri ilə bağlı tədqiqatlar hələ də əlavə tədqiq edilməlidir. Bu yazıda 70 °C su hamamı şəraitində nəm istiliklə doymuş karbon lifi/epoksi kompozit laminatların zərbə ilə zədələnmə xüsusiyyətləri tədqiq edilmişdir. İsti və rütubətli mühitin kompozitlərin təsirsizliyə məruz qalma xüsusiyyətlərinə təsiri quru otaq temperaturu nümunələri ilə müqayisə edilərək təhlil edilmişdir. Təcrübədə CFRP laminatları 45 m/s, 68 m/s və 86 m/s sürətlə CFRP laminatlarına təsir göstərmişdir. Zərbədən əvvəl və sonra sürət ölçüldü. Laminatların enerji udma göstəricilərinə isti və rütubətli mühitin təsiri təhlil edilmişdir. Laminatın daxili zədələnməsini aşkar etmək üçün ultrasəs c-scan üsulundan istifadə edilib və zərbə sürətinin qırılan sahəyə təsiri təhlil edilib. Nümunənin zədələnməsinin mezoskopik xüsusiyyətlərini müşahidə etmək üçün skan edən elektron mikroskop və ultra dərinlikli üçölçülü mikroskopik sistemdən istifadə edilib və nümunənin zədələnməsi rütubətli istilik mühiti ilə təhlil edilib. Xüsusiyyətlərin təsiri.
2 Eksperimental materiallar və üsullar
2. 1 Material və hazırlıq
Karbon lifli epoksi qatranı (T300/EMl 12) kompozit material, Jiangsu Hengshen Co., Ltd. tərəfindən təmin edilən pre-immersion, 66% lifin həcmi hissəsi ilə 0.137 mm bir qatlı pre-immersion qalınlığı. Laminat paneli təbəqənin döşəməsinə qoyulur. , ölçüsü 115mm x 115mln. İsti pres tankının formalaşdırılması prosesi istifadə olunur. Proseslə hazırlanmış sərtləşmə prosesinin diaqramı Şəkil 1-də göstərilmişdir. Əvvəlcə 1-3 oC/dəq qızdırma sürəti ilə otaq temperaturundan 80 oC-yə qaldırın, sonra 30 dəqiqə isti saxlayın, l13 oC/dəq qızdırma sürətində 130 oC-ə qədər qızdırın, 120 dəqiqədə isti saxlayın, 60-a qədər azaldın.0C sabit soyutma sürətində, sonra təzyiqi çıxarın və buraxın və buraxın.
2. 2 Yaş istilik müalicəsi
Nümunə hazırlandıqdan sonra nümunə HB 7401-96.171 "Qətran əsaslı kompozit təbəqənin nəm isti mühitdə nəm udma eksperimental üsulu" spesifikasiyasına uyğun olaraq nəm-isti emaldan keçdi. Əvvəlcə nümunə qurutmaq üçün 70 dərəcə C temperaturda termostatik qurutma kamerasına yerləşdirilir. Nümunənin keyfiyyət itkisi 0,02%-dən çox olmayan sabit olana qədər tərəzilərdən istifadə etməklə müntəzəm olaraq çəkin, bu zaman qeydə alınan dəyər Mühəndislik Quru Kütləsi G-dir. Quruduqdan sonra nümunə yaş istilik müalicəsi üçün 70 dərəcə C suya qoyulur. HB 7401 spesifikasiyasına uyğun olaraq. 96 "də göstərilən üsul nümunənin keyfiyyətini hər gün ölçür, Gi kimi qeydə alınır və nəm udma Mi dəyişməsini qeyd edir. CFRP laminat nümunəsinin nəm udma ifadəsi:
Düstur təfərrüatlıdır: Mi nümunənin nəm udulması, Gi nümunənin rütubəti udmasından sonrakı keyfiyyət, g, go nümunə mühəndisliyinin quru hal keyfiyyətidir.
2. 3 Təsir Təcrübəsi
CFRP laminat üzərində yüksək sürətli zərbə təcrübəsi 15 mm diametrli yüksək sürətli hava topu üzərində aparılmışdır. Yüksək sürətli zərbə test cihazı (Şəkil 2-ə baxın) yüksək sürətli pnevmatik silah, zərbədən əvvəl və sonra lazer sürətini ölçən cihaz, güllə gövdəsi, nümunə quraşdırma qurğusu (Şəkil 2-nin yuxarı sağ küncü) və güllə gövdəsinin təhlükəsizliyini bərpa edən cihazdan ibarətdir. Güllənin gövdəsi konus başlı silindrik güllədir (şəkil 2), güllənin həcmi 24, 32 q, diametri 14, 32 mm; zərbə sürəti 45 m/s (təsir enerjisi 46 J), 68 m/s (təsir enerjisi 70 J), 86 m/s (təsir enerjisi 90 J) zərbədir.
2. 4 Nümunələrin zədələnməsinin aşkarlanması
Zərbədən təsirləndikdən sonra, karbon lifli rəngli epoksi kompozit kompozit laminat təbəqə edgout lövhəsi CFRP laminat plitəsinin daxili təsir zədəsini aşkar etmək üçün istifadə olunur və zərbənin zədələnmiş sahəsinin proyeksiya sahəsi UTwim görüntü analiz proqramı ilə ölçülür və en kəsiyinin məhv edilməsinin ətraflı xüsusiyyətləri skan edilmiş elektron mikroskop və ultra3 mikroskop sistemi ilə müşahidə olunur.
3 Nəticələr və müzakirələr
3. 1 Nümunələrin nəm udma xüsusiyyətləri
Cəmi 37,7 d, doymuş rütubətin udulmasının orta göstəricisi 1,780%, diffuziya dərəcəsi 6,183x10 təşkil edir. 7llnl2/s. CFRP laminat nümunəsinin nəm udma əyrisi Şəkil 3-də göstərilmişdir. Şəkil 3-dən göründüyü kimi, nümunənin nəm udmasının ilkin artım sürəti xətti olur, xətti mərhələdən sonra nəm udmanın artım sürəti azalmağa başlayır, təqribən 23 gün nəm udma müddətinə çatdıqdan sonra sabit vəziyyət səviyyəsinə çatır. Buna görə də, nümunənin rütubətin udulması iki mərhələli nəm udma rejiminə uyğundur: rütubətin udulmasının birinci mərhələsi temperatur və rütubətin birgə təsiri ilə əlaqədardır, materialın özündən keçən rütubətdə məsamələr, deşiklər, çatlar və materialın içərisinə yayılmış digər qüsurlar var; Suyun yayılması yavaşdır və bu mərhələdə tədricən doyma səviyyəsinə çatır.
3. 2 qatlı laminat lövhənin görünən məhvetmə xüsusiyyətləri
Zərbə sürəti 86 m/s olan zaman nümunənin qabağını, arxa tərəfi görünən məhv profili xəritəsi, quru otaq temperaturu nümunəsinə görə, yaş isti doyma nümunəsinin ön məhv şəklinə daha çox bənzəyir, zərbədə iki nümunə, bünövrə çatlarına görə, lifin birinci təbəqəsi boyunca məhv olması müəyyən sürüşməyə malikdir. Bu, ön tərəfin elliptik və ya düzbucaqlı bir forma verməsinə səbəb olur və substratdakı çatlağın görünməsi ilə yanaşı, liflərin qırıldığını da görmək olar. Quru otaq temperaturu nümunəsi ilə, formanın məhv edilməsinin arxa tərəfindəki yaş isti doyma nümunəsi, zərbə istiqaməti boyunca arxanın müəyyən bir qabarıqlığa malik olduğunu və çarpaz formalı bir çat təqdim etdiyini görmək olar. Aydındır ki, lif qırılması, əsas krekinq və interlayer qırılması (layerləmə) üç formada məhv olur, lifin son hissəsi qaldırılır, lakin qırılmır, yalnız təbəqələşmə və lif/baza krekinq. Ön və arxa zədələrin müqayisəsindən göründüyü kimi lifin qırılması da fərqlidir. Ön tərəf sıxılma və kəsilmə nəticəsində lifin və substratın qırılmasına səbəb olur. Arxa lifin qırılmasına və substratın təbəqələşməsinə səbəb olan uzanma səbəbindəndir. Şəkil 4, nümunənin daxili zədələnməsi C skan edərkən 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s zərbə sürətidir. Şəklin mərkəzində təxmini dəyirmi l boz xətti ilə göstərilən sahə zədələnmiş çuxurun proqnozlaşdırılan sahəsidir. Hər kiçik diaqramın üstündəki və altındakı qara xətt nümunənin arxa soyma sahəsinin sahəsini göstərir. Şəkil (b) (d) (f)-də ağ xətt ilə işarələnmiş sahə sərhəd boyunca nümunənin daxili zədələnməsidir. Qrafik göstərir ki, zərbə sürəti artdıqca zərbə enerjisi də artır. Laminatlı lövhə zərbə zamanı daha çox enerji udmaq qabiliyyətinə malikdir (xüsusi dəyərlər üçün Şəkil 6-a baxın), nəticədə laminatın zədələnməsi proyeksiyasının sahəsi artır: quru otaq temperaturu nümunəsini nəm isti doyma nümunəsinin şəkli ilə müqayisə edərək, nəm-isti doyma prosesinin sərhədi boyunca əmələ gələn nümunənin daxili zədələnməsinin (ağ xətt) olduğunu görmək olar. Laminat plitədəki substratın plastikləşməsi və lif-əsas interfeysinin zəifləməsi zərbə prosesində sərhədin laminat plitə üzərində müəyyən təsir göstərməsinə səbəb olur. Şəkilə əsasən, quru vəziyyətdə olan nümunənin arxa soyulma sahəsi (qara xətt) yaş isti doyma vəziyyətindən çox da fərqlənmir.
3. 3 qatlı panelin ətraflı dağıdıcı xüsusiyyətləri
Ultra dərinlikli 3D mikrosistemi və skan edən elektron güzgü tərəfindən çəkilmiş, quru, yaş və isti 45 m/s təsir sürəti ilə CFRP təbəqəsinin birləşmə plitəsinin kəsikli zədələnmə xəritəsi göstərir ki, nümunənin hər iki vəziyyətdə zədələnməsi üç məhv formasını əhatə edir: lif qırılması, əsas krekinq və təbəqələrarası qırılma. Ancaq iki nümunənin əsası fərqli şəkildə çatlamışdır. Substratın quru vəziyyətdə çatlaması lif və substrat arasındakı əlaqədə çatlayır. Bununla belə, nəm istilik müalicəsindən sonra substratın çatlaması substratın parçalanması ilə müşayiət olunur. Wold-esenbet və digər materiallarda nəm və isti mühitdə strukturun strukturunun təsir performansı və lif substrat interfeysinin deqradasiyası birgə müəyyən edilir, nəm isti mühitdə, qatran bazasında CFRP təbəqə lövhəsi müəyyən miqdarda suyun udulmasını yaşayır, sızan su qatran substratının əriməsinə səbəb olacaqdır. Karbon lifi absorbent deyil, onda ikisi arasında yaş genişlənmə olmalıdır, bu fərq substrat və lif arasındakı interfeysi zəiflədir, substratın gücünü azaldır. Zərbə yükünə məruz qaldıqda, substrat fraqmentləri asanlıqla yerə düşür, nəticədə quru otaq temperaturu nümunəsinin zədələnməsi interfeysindən fərq yaranır. Skan edilmiş elektrik güzgüsünün təfərrüatlı strukturundan görünür ki, yaş və isti post-baza gövdəsinin çatlaması əsasən pres qırılmasının boş krekinqidir, yaş istidən əvvəlki krekinq isə əsasən kövrəkdir və təbəqələr arasında üfüqi kəsmə çatı daha aydın görünür. Şəkildəki optik mikroskopdan görünür ki, hər iki halda məhvetmə formaları fərqlidir, quru vəziyyət isə hər kəsikdə məhv olur. Əsasən dağıntıları kəsmək üçün rütubətli istidən sonra əhəmiyyətli laylı dağıntı ilə müşayiət olunan məhvetmə forması üçün laylı dağıntıların nisbəti genişləndi. Onu məhvetmə mexanizmi və enerji udma xüsusiyyətləri baxımından görmək olar. Mei Zhiyuan mərmi işğalının iki mərhələsini irəli sürdü: kəsmə mərhələsi və davamlı işğal mərhələsi. Yaş isti nümunədəki A sahəsi kəsici müdaxilə mərhələsinin məhv olmasıdır, əsasən zərbə prosesində təbəqə plitəsi sıxılır və məhv deformasiyasının formalaşması kəsilir, b sahəsi davamlı işğal mərhələsinin məhv olmasıdır. Bu mərhələ, əsasən, lifli təbəqənin uzanan gərginlik komponentinin təsiri altında güllə gövdəsinin intruziya sürətinin azalması ilə əlaqədardır və enerji əsasən lifin uzanma deformasiya enerjisinə və təbəqələrarası qırılma enerjisinə (l 51) çevrilir ki, lif qırılması el və əvvəlki lif qırılması düz xəttdə olmasın. Quru nümunədə bu fenomen aydın deyil və plitənin zədələnməsi daha ciddidir, təbəqə plitəsi krekinq vəziyyətinə malikdir. 3. 4 Absorbsiya enerjisi və zədələnmə çuxurunun proyeksiya sahəsinin təhlili Şəkil 5-də quru otaq temperaturu ilə atma sürətinin yaş isti doyması və bədənin enerji itkisi arasındakı əlaqə, təxminən 45 m/s hadisə sürətində, güllənin quru otaq temperaturu hamısı geri qayıdır, buna görə də şəkildə göstərilmir. Şəkil 7-dən göründüyü kimi, sınaq yaş termal doyma altında sınaqdan keçirildikdə, güllə enerjisi itkisi ciddi olur və yaş istilik müalicəsindən sonra nümunənin sorma qabiliyyəti artır.
Şəkil 6 güllə gövdəsinin düşmə sürətinin proyeksiya sahəsinin qrafik diaqramı və CFRP təbəqəsinin zədələnmə çuxurunun (boz xətt Şəkil 4-ün bir hissəsini qeyd edir), əhatəli rəqəm (4), (5), (6) görünə bilər: (1) zərbə sürətinin artması ilə CFRP təbəqəsinin zədələnməsi dəliklərinin proyeksiya sahəsi artır; doyma; (3) təsir sürəti təxminən 45 m / s olduqda, yaş istilik müalicəsindən sonra laminat lövhənin zədələnmiş dəliyinin proyeksiya sahəsi quru otaq temperaturu vəziyyətində laminatlı boşqabın zədələnməsi çuxurunun proyeksiya sahəsindən xeyli böyükdür. Yaş termal doyma nümunəsinin zədələnməsi l-deşik proyeksiya sahəsi 85. 1% artdı və təxminən 68 m / s şok sürətində, yaş və istilik doyma vəziyyətində laminatlı lövhə 18. 10% artdı, udma dəyəri (Şəkil 5) 15. 65% artdı; Təxminən 88 m/s təsir sürətində, yaş və istilik doyma vəziyyətində laminatlı lövhə 9.25% azaldı, udma dəyəri hələ də 12.45% artdı.
Yucheng Zhong və digər məhsulların tədqiqat nəticələrinə əsasən, karbon lifi ilə gücləndirilmiş kompozit materialların rütubətin udulması laminat plitənin elastik həddi və təsir müqavimətini yaxşılaşdırır və quru otaq temperaturu nümunəsinin zədələnmiş çuxurunun proqnozlaşdırılan sahəsini və bu kağızdakı nəm isti doyma nümunəsini birləşdirir (Şəkil 4-də hadisə və qrəq gövdəsi ilə əlaqə) CFRP təbəqəsinin zədələnmə çuxurunun proyeksiya sahəsi və CFRP təbəqəsinin birləşmə lövhəsinin laylı zədələnməsi təsir sürəti eyni və aşağı olduqda müqayisə edilə bilər. Yaş isti doyma nümunəsinin zədələnmə sahəsi nisbətən böyükdür. Bu, yaş istilik müalicəsi CFRP təbəqəsinin substratın plastikləşməsini, lifin və substratın interfeysini və interlayer performansını zəiflətməsi ilə əlaqədardır, təsirdə, nümunənin yaş istilik doyma vəziyyəti laylı zədələnmənin genişlənməsi, zərərin nisbəti artmışdır. Wu Yixuan və digər təcrübələrə əsaslanaraq, şaquli səki istiqamətində təsir enerjisinin əsasən qatran substratı tərəfindən udulduğunu bilirik, sonra substratın plastifikasiyası nəm və isti doyma nümunəsini təsir prosesi zamanı daha çox enerji udur, təsir müqavimətini yaxşılaşdırır və zədələnmiş çuxurun proyeksiya sahəsini artırır; CFRP laminatın zədələnməsi tam olaraq uzadılmadı, təsir sona çatdı, buna görə də təsir sürəti daha yüksək olduqda, CFRP laminatın zədələnməsinin proyeksiya sahəsindəki yaş istilik müalicəsi artıq ciddi deyil, lakin substrat qatranının plastikləşməsi səbəbindən udma qabiliyyəti hələ də artır.
4 Nəticələr
(1) Zərbə sürətinin artması ilə karbon lifi ilə gücləndirilmiş epoksi qatran kompozit (CFRP) laminatın zədələnmiş çuxurunun proqnozlaşdırılan sahəsi artır və quru otaq temperaturunda nümunədəki zədələnmiş 孑L çuxurunun böyümə sürəti yaş istilik doyma altında olandan daha yüksəkdir. Böyük: (2) Zərbə sürəti 45 m/s olduqda, yaş istiliklə doyma vəziyyətində CFRP laminatının zədələnmə proyeksiya sahəsi 85. 11% artır, zərbə sürəti 68 m/s olduqda, CFRP laminatın yaş istilik doyma vəziyyətində zədələnmə proyeksiya sahəsi quru otaq temperaturu ilə müqayisədə CFRP8% laminat vəziyyətində artır. 10%, təsir sürəti 86m / s-dir. Nəmlənmiş doymuş cFRP laminatın zədələnməsinin proyeksiya sahəsi quru otaq temperaturu cFRP laminatı ilə müqayisədə 9,9% azalıb. 25%; (3) cFRP laminat isti və rütubətli mühitdən təsirləndikdən sonra laminatın təbəqələrarası performansı azalır və nəticədə delaminasiya sahəsi genişlənir.
Göndərmə vaxtı: 24 iyun 2019-cu il