1 Уводзіны
Эпаксідны кампазіт, узмоцнены вугляродным валакном (CFRP), мае шмат пераваг, такіх як нізкая шчыльнасць, высокая ўдзельная трываласць, высокая ўдзельная калянасць, устойлівасць да стомленасці, каразійная стойкасць і добрыя механічныя ўласцівасці. Ён шырока выкарыстоўваецца ў аэракасмічнай прамысловасці і іншых канструкцыях, якія падвяргаюцца агрэсіўнаму навакольнаму асяроддзю, вільготнаму, цяпловаму і ўдарнаму ўздзеянню. Уплыў фактараў навакольнага асяроддзя на матэрыялы становіцца ўсё больш відавочным. У апошнія гады айчынныя і замежныя навукоўцы правялі вялікую колькасць даследаванняў уздзеяння гарачага і вільготнага асяроддзя на кампазіты з CFRP [1] і ўздзеяння ўздзеяння на кампазіты з CFRP. Даследаванне паказала, што ўплыў гарачага і вільготнага асяроддзя на кампазіты з CFRP уключае пластыфікацыю матрыцы [2, расколіны [31] і аслабленне ўласцівасцей інтэрфейсу валакно-матрыца [2'3'5], выгінанне кампазіта з CFRP з павелічэннем часу вільготнай тэрмічнай апрацоўкі. Механічныя ўласцівасці [2, устойлівасць да зруху і міжслаёвыя ўласцівасці зруху [2, 1] і статычныя ўласцівасці расцяжэння [3'6'7] паказалі тэндэнцыю да зніжэння. Волдэзенбет і інш. [8,9] вывучалі ўдарныя механічныя ўласцівасці кампазітаў пры высокіх хуткасцях дэфармацыі пасля апрацоўкі вільготнай тэрмічнай апрацоўкай і атрымалі выснову, што гарачае і вільготнае асяроддзе паляпшае ўдарную трываласць кампазітаў. Выяўлена, што паглынанне вільгаці кампазітнымі матэрыяламі можа палепшыць ударныя механічныя ўласцівасці матэрыялаў пры пэўных умовах, што значна адрозніваецца ад эксперыментальных вынікаў у квазістатычных умовах. Сучасная даследчая праца - гэта ўплыў вільготнага цяпла (у тым ліку апускання ў ваду) на ўласцівасці ўдару пры нізкай хуткасці кампазітаў з матрычнай смалой, узмоцненай валакном. Пан Венге і інш. [10] вывучалі ўласцівасці сціску двухмерных тканых шкловалакно/эпаксідных кампазітных ламінатаў пасля нізкахуткаснага ўдару пры пакаёвай тэмпературы і ў гарачых і вільготных умовах (апусканне ў ваду пры тэмпературы 65 °C). 4. Ламінат у гарачым і вільготным асяроддзі атрымліваецца пасля нізкахуткаснага ўдару. Эфекты сціску значна зніжаюцца. Карасек і інш. [1] вывучалі ўплыў вільготнасці і тэмпературы на ўдар графіт/эпаксідных кампазітаў і атрымлівалі іх у асяроддзі з нізкай тэмпературай і пакаёвай тэмпературай. Вільготнасць мала ўплывае на пачатковую энергію і паглынанне энергіі пашкоджання. Юйчэн Чжун і інш. [12,13] правялі выпрабаванне на ўдар пры нізкай хуткасці кампазітных ламінатаў пасля апрацоўкі вільготнай тэрмічнай апрацоўкай. Зроблены вывад, што гарачае і вільготнае асяроддзе значна зніжае пашкоджанне ламінату ад удару. Паляпшэнне ўдаратрываласці ламінатаў. Крысціна і інш. [14] вывучалі ўдар кампазіта з араміднай шкловалакна/эпаксіднай ваты пры нізкай хуткасці пасля апрацоўкі вільготнай тэрмічнай апрацоўкай (апусканне ў ваду пры тэмпературы 70 °C) і атрымалі меншую плошчу пашкоджання ад удару пасля апрацоўкі вільготнай тэрмічнай апрацоўкай. Гэта прыводзіць да пашкоджання ад расслаення ўнутры ўзору, які паглынае больш энергіі падчас удару і перашкаджае ўтварэнню расслаення. З вышэйсказанага відаць, што ўплыў вільготнага цеплавога асяроддзя на пашкоджанне ад удару кампазітных матэрыялаў мае як стымулюючы, так і аслабляльны эфект. Такім чынам, неабходныя далейшыя даследаванні і праверка. Што тычыцца ўдару, Мэй Чжыюань і інш. [15] прапанавалі і стварылі двухэтапную (пранікненне зрухам і бесперапыннае пранікненне) мадэль аналізу дынамікі пранікнення кампазітных ламінатаў, узмоцненых валакном, пры ўдары на высокай хуткасці. Гуйпін Чжао і інш. [16] правялі тры віды розных хуткасцей (менш, роўна і больш за балістычную гранічную хуткасць) на ўдарныя характарыстыкі і пашкоджанні ўзору пасля трох відаў ламінату, але не ўлічвалі ўздзеянне вільготнага цеплавога асяроддзя на пашкоджанне ад удару. Зыходзячы з вышэйзгаданай літаратуры, адпаведныя даследаванні ўздзеяння вільготнага і гарачага асяроддзя на валакніста-армаваныя кампазітныя ламінаты яшчэ не вывучаны далей. У гэтай працы вывучаліся характарыстыкі ўдарнага пашкоджання вільготна насычаных кампазітных ламінатаў з вугляроднага валакна/эпаксіднай парод ва ўмовах вадзяной лазні пры тэмпературы 70 °C. Уплыў гарачага і вільготнага асяроддзя на характарыстыкі ўдарнага разбурэння кампазітаў быў прааналізаваны шляхам параўнання з сухімі ўзорамі пры пакаёвай тэмпературы. У эксперыменце CFRP-ламінаты ўздзеяліся на CFRP-ламінаты са хуткасцю 45 м/с, 68 м/с і 86 м/с. Вымяралася хуткасць да і пасля ўдару. Быў прааналізаваны ўплыў гарачага і вільготнага асяроддзя на характарыстыкі паглынання энергіі ламінатамі. Для выяўлення ўнутраных пашкоджанняў ламінату выкарыстоўвалася ультрагукавая c-сканаванне, і быў прааналізаваны ўплыў хуткасці ўдару на плошчу разлому. Для назірання мезаскапічных характарыстык пашкоджання ўзору выкарыстоўваліся сканіруючы электронны мікраскоп і трохмерная мікраскапічная сістэма з высокай глыбінёй, а пашкоджанне ўзору аналізавалася вільготным цеплавым асяроддзем. Уплыў асаблівасцей.
2 Эксперыментальныя матэрыялы і метады
2.1 Матэрыял і падрыхтоўка
Кампазітны матэрыял з вугляроднага валакна эпаксіднай смалы (T300/EMl 12), папярэдняе апусканне прадастаўлена кампаніяй Jiangsu Hengshen Co., Ltd., аднаслаёвая таўшчыня папярэдняга апускання 0,137 мм з аб'ёмнай доляй валакна 66%. Ламінаваная панэль кладзецца на падлогу пласта, памер 115 мм х 115 млн. Выкарыстоўваецца працэс фармавання ў баку гарачага прэсавання. Дыяграма працэсу зацвярдзення, падрыхтаваная па гэтым працэсе, паказана на малюнку 1. Спачатку павысьце тэмпературу жылога памяшкання ад пакаёвай да 80 °C з хуткасцю нагрэву ад 1 да 3 °C/мін, затым падтрымлівайце ў цяпле 30 хвілін, нагрэйце да 130 °C з хуткасцю нагрэву 113 °C/мін, падтрымлівайце ў цяпле 120 хвілін, знізіце да 60.0C пры пастаяннай хуткасці астуджэння, а затым зняць ціск і адпусціць, і адпусціць.
2.2 Вільготная тэрмічная апрацоўка
Пасля падрыхтоўкі ўзору ён быў падвергнуты вільготнай тэрмічнай апрацоўцы ў адпаведнасці са спецыфікацыяй HB 7401-96.171 "Эксперыментальны метад паглынання вільгаці кампазітным пластом на аснове смалы ў вільготным гарачым асяроддзі". Спачатку ўзор змяшчаюць у тэрмастатычную сушыльную камеру пры тэмпературы 70 градусаў Цэльсія для высыхання. Рэгулярна ўзважваюць з дапамогай вагаў, пакуль страта якасці ўзору не стабілізуецца на ўзроўні не больш за 0,02%. Зафіксаванае значэнне ў гэты час - гэта інжынерная сухая маса G. Пасля высыхання ўзор змяшчаюць у ваду з тэмпературай 70 градусаў Цэльсія для вільготнай тэрмічнай апрацоўкі. Згодна са спецыфікацыяй HB 7401, метад, указаны ў 96, прадугледжвае штодзённае вымярэнне якасці ўзору, якое рэгіструецца як Gi, і рэгіструе змяненне паглынання вільгаці Mi. Выраз паглынання вільгаці ўзору з ламінату з вугляроднай сталі складае:
Формула падрабязна апісана: Mi — вільгапаглынанне ўзору, Gi — якасць пасля паглынання вільгаці ўзорам, g, go — якасць узору ў сухім стане.
2. 3 Эксперыменты па ўдары
Эксперымент па ўдары на высокай хуткасці па ламінаце з вугляроднай сыравіны (CFRP) быў праведзены на хуткаснай пнеўматычнай гармаце дыяметрам 15 мм. Прылада для выпрабаванняў на ўдар на высокай хуткасці (гл. малюнак 2) уключае ў сябе хуткасную пнеўматычную гармату, лазерную прыладу для вымярэння хуткасці да і пасля ўдару, корпус кулі, прыстасаванне для ўстаноўкі ўзору (правы верхні кут малюнка 2) і прыладу для аднаўлення бяспекі корпуса кулі. Корпус кулі мае канічную цыліндрычную форму (малюнак 2), аб'ём кулі складае 24,32 г, дыяметр 14,32 мм; хуткасць удару складае 45 м/с (энергія ўдару 46 Дж), 68 м/с (энергія ўдару 70 Дж), 86 м/с (энергія ўдару 90 Дж).
2.4 Выяўленне пашкоджанняў узораў
Пасля ўдару для выяўлення ўнутраных пашкоджанняў ад удару выкарыстоўваецца эпаксідна-кампазітны кампазітны пласт з вугляроднага валакна з выявай вугляроднага валакна, а плошча праекцыі зоны пашкоджання ад удару вымяраецца праграмным забеспячэннем для аналізу малюнкаў UTwim, а падрабязныя асаблівасці разбурэння папярочнага сячэння назіраюцца з дапамогай сканіруючага электроннага мікраскопа і звышглыбокай рэзкасці 3D-мікраскапічнай сістэмы.
3 Вынікі і абмеркаванні
3.1 Характарыстыкі паглынання вільгаці ўзорамі
Усяго за 37,7 дзён сярэдні паказчык паглынання вільгаці пры насычэнні складае 1,780%, а хуткасць дыфузіі — 6,183x10,7 л/л²/с. Крывая паглынання вільгаці ўзору з вугляроднага ламінату паказана на малюнку 3. Як відаць з малюнка 3, пачатковая хуткасць росту паглынання вільгаці ўзору з'яўляецца лінейнай, пасля лінейнай стадыі хуткасць росту паглынання вільгаці пачынае зніжацца, дасягаючы ўстойлівага ўзроўню прыкладна праз 23 дні і дасягаючы насычэння паглынання вільгаці праз пэўны перыяд часу. Такім чынам, паглынанне вільгаці ўзорам адпавядае двухэтапнаму рэжыму паглынання вільгаці: першая стадыя паглынання вільгаці абумоўлена сумесным дзеяннем тэмпературы і вільготнасці, вільгаць праз сам матэрыял утрымлівае поры, адтуліны, расколіны і іншыя дэфекты, якія распаўсюджваюцца ўнутр матэрыялу; дыфузія вады павольная і на гэтай стадыі паступова дасягае насычэння.
3. Характарыстыкі бачнага разбурэння двухслаёвай ламінаванай дошкі
Хуткасць удару складае 86 м/с. Пры разбурэнні пярэдняй і задняй часткі ўзору бачная карта профілю разбурэння. Сухі ўзор пры пакаёвай тэмпературы і вільготны, гарачы і насычаны ўзор маюць больш падобны профіль разбурэння пярэдняй часткі. Пры ўдары два ўзоры, з-за расколін у падставе, разбурэнне першага пласта валакна мае пэўнае слізгаценне. Гэта прыводзіць да таго, што пярэдняя частка набывае эліптычную або прамавугольную форму, і, акрамя таго, можна ўбачыць расколіны ў падкладцы, можна ўбачыць і разрыў валокнаў. Сухі ўзор пры пакаёвай тэмпературы і вільготны, гарачы і насычаны ўзор на задняй частцы разбурэння бачна, што задняя частка ўздоўж кірунку ўдару мае пэўную выпукласць і ўтварае крыжападобную расколіну. Відавочна, што разбурэнне валакна, расколіна асновы і міжслаёвае разбурэнне (напластаванне) - гэта тры формы разбурэння, апошняя частка валакна падымаецца, але не разрываецца, толькі напластаванне і расколіны паміж валакном і падставай. Разбурэнне валакна таксама адрозніваецца, як відаць з параўнання франтальнага і задняга пашкоджанняў. Пярэдняя частка выклікае разбурэнне валакна і падкладкі з-за сціску і зруху. Задняя частка выклікае разбурэнне валакна і падкладкі з-за расцяжэння, якое прыводзіць да разрыву і напластавання падкладкі валакна. На малюнку 4 паказана хуткасць удару 45 м/с, 68 м/с, 86 м/с пры сканаванні ўнутранага пашкоджання ўзору C. Плошча, пазначаная прыблізнай круглай шэрай лініяй l у цэнтры малюнка, з'яўляецца праекцыйнай плошчай адтуліны ад пашкоджання. Чорная лінія зверху і знізу кожнай маленькай дыяграмы паказвае плошчу для зоны адслаення ўзору. Плошча, пазначаная белай лініяй на малюнках (b) (d) (f), з'яўляецца ўнутраным пашкоджаннем узору ўздоўж мяжы. Графік паказвае, што энергія ўдару павялічваецца са павелічэннем хуткасці ўдару. Ламінаваная пласціна здольная паглынаць больш энергіі падчас удару (канкрэтныя значэнні глядзіце на малюнку 6), што прыводзіць да павелічэння плошчы праекцыі пашкоджання ламінаванай пласціны: параўноўваючы сухі ўзор пры пакаёвай тэмпературы з выявай вільготнага гарачага насычэння ўзору, можна ўбачыць, што ўздоўж мяжы ў стане вільготна-гарачага насычэння ўзору ёсць унутранае пашкоджанне (белая лінія), якое ўтвараецца ў асноўным з-за працэсу паглынання. Пластыфікацыя падкладкі ў ламінаванай пласціне і аслабленне інтэрфейсу валакна-аснова прыводзяць да таго, што мяжа аказвае пэўны ўплыў на ламінаваную пласціну падчас працэсу ўдару. Згодна з малюнкам, зона адслойвання (чорная лінія) узору ў сухім стане не значна адрозніваецца ад стану вільготнага гарачага насычэння.
3. Падрабязныя разбуральныя асаблівасці трохслаёвай панэлі
Карта пашкоджанняў папярочнага сячэння стыковачнай пласціны з вугляроднага валакна, атрыманая з дапамогай звышглыбокай 3D-мікрасістэмы і сканіруючага электроннага люстэрка пры хуткасці ўдару 45 м/с, у сухім, вільготным і гарачым стане, паказвае, што пашкоджанне ўзору ў абодвух станах уключае тры формы разбурэння: разбурэнне валакна, расколіна асновы і разбурэнне міжслаёвага пласта. Але аснова двух узораў расколінаецца па-рознаму. Расколіна падкладкі ў сухім стане расколіна ўтвараецца ў месцы злучэння валакна і падкладкі. Аднак расколіна падкладкі пасля вільготнай тэрмічнай апрацоўкі суправаджаецца выпадзеннем фрагментаў падкладкі. У вільготным і гарачым асяроддзі ўдарныя характарыстыкі структуры структуры і дэградацыі інтэрфейсу валакніста-падкладкі вызначаюцца сумесна. У вільготным і гарачым асяроддзі пласціна з вугляроднага валакна ў смалянай аснове паглынае пэўную колькасць вады, што прывядзе да растварэння смалянай падкладкі. Вугляроднае валакно не з'яўляецца ўбіраючым рэчывам, таму павінна быць вільготнае пашырэнне паміж імі, гэтае адрозненне аслабляе інтэрфейс паміж падкладкай і валакном, зніжаючы трываласць падкладкі. Пры ўздзеянні ўдарнай нагрузкі фрагменты падкладкі лёгка выпадаюць, што прыводзіць да адрозненняў у паверхні пашкоджання ад сухога ўзору пры пакаёвай тэмпературы. З падрабязнай структуры сканаванага электрычнага люстэрка відаць, што расколіны вільготнага і гарачага корпуса асновы ў асноўным з'яўляюцца свабоднымі расколінамі ад прэсавання, у той час як расколіны перад вільготным награваннем у асноўным далікатныя, а гарызантальныя расколіны ад зруху паміж пластамі больш відавочныя. З аптычнага мікраскопа на малюнку відаць, што формы разбурэння ў абодвух выпадках розныя, і ў сухім стане разбурэнне адбываецца на разрэз. Для разбурэння ў асноўным рэзанне, пасля вільготнага награвання для формы разбурэння, якая суправаджаецца значным пластовым разбурэннем, доля пластовага разбурэння павялічваецца. Гэта відаць з вугла механізму разбурэння і характарыстык паглынання энергіі. Мэй Чжыюань прапанаваў дзве стадыі ўварвання снарада: стадыю рэзання і стадыю бесперапыннага ўварвання. Зона А ў вільготным гарачым узоры - гэта стадыя разбурэння ад зруху, галоўным чынам таму, што ў працэсе ўдару пластовая пласціна сціскаецца і зрухаецца, утвараючы дэфармацыю разбурэння, зона b - гэта стадыя разбурэння ад бесперапыннага ўварвання. Гэты этап у асноўным звязаны са зніжэннем хуткасці пранікнення цела кулі пад дзеяннем кампанента расцяжэння валакністага пласта, прычым энергія ў асноўным пераўтвараецца ў энергію расцяжэння валакна і энергію разбурэння міжслаёвага пласта (l 51), так што разрыў валакна el і папярэдні разрыў валакна не знаходзяцца на адной прамой лініі. У сухім узоры гэтая з'ява не відавочная, і пашкоджанне пласціны больш сур'ёзнае, пласціна пласта мае расколіны. 3.4 Аналіз энергіі паглынання і плошчы праекцыі пашкоджанай адтуліны На малюнку 5 паказана сувязь паміж тэмпературай у сухім памяшканні і гарачым насычэннем вільготнага стану кулі пры хуткасці запуску і стратай энергіі цела. Пры хуткасці палёту каля 45 м/с куля цалкам адскоквае пры тэмпературы ў сухім памяшканні, таму на малюнку гэта не паказана. Як відаць з малюнка 7, пры выпрабаванні ва ўмовах тэрмічнага насычэння вільготным станам страты энергіі кулі значныя, а ўсмоктвальная здольнасць узору пасля тэрмічнай апрацоўкі вільготным станам павялічваецца.
На малюнку 6 паказана графічная дыяграма плошчы праекцыі хуткасці падзення цела кулі і адтуліны для пашкоджання пласта вугляпластыку (шэрая лінія пазначае частку малюнка 4). На малюнках (4), (5), (6) відаць наступнае: (1) з павелічэннем хуткасці ўдару плошча праекцыі адтуліны для пашкоджання пласта вугляпластыку павялічваецца; (2) плошча праекцыі адтуліны для пашкоджання ва ўзоры пры сухой пакаёвай тэмпературы большая, чым у ўзоры пры вільготным гарачым насычэнні; (3) пры хуткасці ўдару каля 45 м/с плошча праекцыі адтуліны для пашкоджання ламінаванай пласціны пасля вільготнай тэрмічнай апрацоўкі значна большая, чым плошча праекцыі адтуліны для пашкоджання ламінаванай пласціны ў сухім стане пакаёвай тэмпературы. Плошча праекцыі адтуліны для пашкоджання l ва ўзоры пры вільготным тэрмічным насычэнні павялічылася на 85,1%, а пры хуткасці ўдару каля 68 м/с значэнне паглынання ламінаванай пласціны ў вільготным і тэрмічным стане насычэння павялічылася на 18,10%. Пры хуткасці ўдару каля 88 м/с шчыльнасць ламінаванай пліты ў вільготным і цеплавым стане паменшылася на 9,25%, пры гэтым значэнне паглынання павялічылася на 12,45%.
Зыходзячы з вынікаў даследаванняў кампаніі Yucheng Zhong і іншых прадуктаў, паглынанне вільгаці кампазітнымі матэрыяламі, узмоцненымі вугляродным валакном, паляпшае мяжу пругкасці і ўдаратрываласць ламінаванай пласціны, а таксама спалучае праекцыйную плошчу адтуліны для пашкоджання сухога ўзору пры пакаёвай тэмпературы і ўзору пры вільготным гарачым насычэнні (малюнак 4, шэрая лінія). Дыяграма залежнасці паміж хуткасцю падзення кулі на цела і плошчай праекцыі адтуліны для пашкоджання пласта вугляроднага валакна, а таксама шматслаёвым пашкоджаннем злучальнай дошкі пласта вугляроднага валакна можна параўнаць пры аднолькавай і нізкай хуткасці ўдару. Плошча адтуліны для пашкоджання вільготнага гарачага насычэння ўзору адносна вялікая. Гэта звязана з тым, што вільготная тэрмічная апрацоўка прыводзіць да пластыфікацыі падкладкі пласта вугляроднага валакна, аслаблення інтэрфейсу валакна і падкладкі, а таксама прадукцыйнасці міжслаёвага пласта. Пры ўдары стан вільготнага гарачага насычэння ўзору павялічвае шматслаёвае пашкоджанне, павялічваючы долю пашкоджанняў. Зыходзячы з эксперыментаў Ву Ісюаня і іншых, вядома, што энергія ўдару ў вертыкальным кірунку пакрыцця ў асноўным паглынаецца смалой-падкладкай, а пластыфікацыя падкладкі прымушае вільготны і гарачы ўзор паглынаць больш энергіі падчас працэсу ўдару, паляпшае ўдаратрываласць і павялічвае плошчу праекцыі пашкоджанай адтуліны; пашкоджанне ламінату з вугляродных пакрыццяў не было цалкам распаўсюджана, удар скончыўся, таму, калі хуткасць удару вышэй, вільготная тэрмічная апрацоўка на плошчы праекцыі пашкоджання ламінату з вугляродных пакрыццяў больш не з'яўляецца сур'ёзнай, але дзякуючы пластыфікацыі смалы-падкладкі, паглынальная здольнасць усё яшчэ павялічваецца.
4 Высновы
(1) З павелічэннем хуткасці ўдару павялічваецца плошча праекцыі пашкоджанай адтуліны вугляроднага валакна-армаванага эпаксіднага кампазіта (CFRP), а хуткасць росту пашкоджанай адтуліны 孑L ва ўзоры пры сухой пакаёвай тэмпературы вышэйшая, чым пры насычэнні вільготным цяплом. Вялікія: (2) Пры хуткасці ўдару 45 м/с плошча праекцыі пашкоджання вугляроднага валакна ў стане насычэння вільготным цяплом павялічваецца на 85,11%, а пры хуткасці ўдару 68 м/с плошча праекцыі пашкоджання вугляроднага валакна ў стане насычэння вільготным цяплом павялічваецца на 18% у параўнанні з вугляродным валакном у стане насычэння вільготным цяплом. Пры сухой пакаёвай тэмпературы пры пакаёвай тэмпературы пры пакаёвай тэмпературы хуткасць удару складае 86 м/с. Плошча праекцыі пашкоджання вільготна-насычанага вугляроднага валакна памяншаецца на 9,9% у параўнанні з вугляродна-армаваным ...
Час публікацыі: 24 чэрвеня 2019 г.