1 Pasiuna
Ang carbon fiber reinforced epoxy composite (CFRP) adunay daghang mga bentaha sama sa ubos nga densidad, taas nga espesipikong kusog, taas nga piho nga pagkagahi, kakapoy nga pagsukol, pagsukol sa kaagnasan ug maayong mekanikal nga mga kabtangan. Kini kaylap nga gigamit sa aerospace ug uban pang mga istruktura nga mapintas sa kalikopan, basa nga kainit ug epekto. Ang impluwensya sa mga hinungdan sa kalikopan sa mga materyales labi nga makita. Sa bag-ohay nga mga tuig, ang mga lokal ug langyaw nga mga eskolar nagpahigayon sa daghang mga pagtuon sa mga epekto sa init ug humid nga palibot sa CFRP composites [1] ug ang epekto sa epekto sa CFRP composites. Nakaplagan sa pagtuon nga ang impluwensya sa init ug humid nga palibot sa CFRP composites naglakip sa plasticization sa matrix [2, cracking [31 ug weakened fiber-matrix interface properties [2'3'5], CFRP composite bending uban sa pagdugang sa wet heat treatment time) Ang mekanikal nga mga kabtangan sa performance [2, lead ug interlaminar shear properties [2, 1 ug static tensile nga mga kabtangan [3, 1 ug static tensile] nagpakita sa ubos nga tensile [3]. Woldesenbet ug uban pa. [8,9] gitun-an ang epekto sa mekanikal nga mga kabtangan sa mga composite sa taas nga strain rates human sa basa nga init nga pagtambal, ug nakuha nga ang init ug humid nga palibot nagpalambo sa epekto sa kusog sa mga composite. Gipadayag nga ang pagsuyup sa umog sa mga komposit nga materyales makapauswag sa epekto sa mekanikal nga mga kabtangan sa mga materyales sa ilawom sa pipila nga mga kondisyon, nga lahi kaayo sa mga resulta sa eksperimento sa ilawom sa quasi-static nga mga kondisyon. Ang kasamtangang mayor nga research work mao ang epekto sa moist heat (lakip ang water immersion) sa ubos nga tulin nga epekto sa mga kabtangan sa fiber reinforced resin matrix composites. Gitun-an ni Pan Wenge et al [10] ang compression properties sa two-dimensional woven fiberglass/epoxy composite laminates human sa low-speed nga epekto sa temperatura sa lawak ug ubos sa init ug humid nga kondisyon (65 °C water immersion). 4. Ang laminate ubos sa init ug humid nga palibot makuha human sa low speed shock. Ang performance sa compression hilabihan nga pagkunhod. Karasek et al. [1] gitun-an ang mga epekto sa humidity ug temperatura sa epekto sa graphite/epoxy composites, ug nakuha kini sa ubos nga temperatura ug temperatura sa lawak nga palibot. Ang humidity adunay gamay nga epekto sa inisyal nga enerhiya ug pagsuyup sa enerhiya sa kadaot. Si Yucheng zhong et al [12,13] naghimo sa usa ka low-speed nga pagsulay sa epekto sa mga composite laminates human sa basa nga pagtambal sa init. Gihinapos nga ang init ug humid nga palibot makapakunhod sa epekto sa kadaot sa laminate. Pauswaga ang epekto nga pagsukol sa mga laminate. Krystyna ug uban pa. [14] gitun-an ang low-speed nga epekto sa aramid-glass fiber/epoxy composite human sa wet heat treatment (70 °C water immersion), ug nakakuha og mas gamay nga impact damage area human sa wet heat treatment. Kini ang hinungdan sa kadaot sa delamination sa sulod sa sample, nga mosuhop sa dugang nga enerhiya sa panahon sa epekto ug makapugong sa pagporma sa delamination. Makita gikan sa ibabaw nga ang impluwensya sa basa nga kainit nga palibot sa epekto sa kadaot sa mga komposit nga materyales adunay usa ka makapadasig nga epekto ug makapahuyang nga epekto. Busa, gikinahanglan ang dugang nga panukiduki ug pag-verify. Sa termino sa epekto, Mei Zhiyuan et al [15] nagsugyot ug nagtukod og duha ka yugto (paggunting penetration ug padayon nga penetration) penetration dynamics analysis model sa fiber-reinforced composite laminates ubos sa high-speed nga epekto. Guiping Zhao et al. [16] nagpahigayon sa tulo ka mga matang sa lain-laing mga katulin (ubos pa kay sa, katumbas sa ug labaw pa kay sa ballistic limit speed) sa epekto performance ug kadaot sa mga specimen human sa tulo ka matang sa laminates, apan wala naglakip sa epekto sa moist kainit palibot sa epekto kadaot. . Base sa literatura sa ibabaw, ang may kalabutan nga panukiduki bahin sa epekto sa basa ug init nga palibot sa fiber reinforced composite laminates wala pa masusi. Niini nga papel, ang epekto sa kadaot nga mga kinaiya sa basa nga init saturated carbon fiber/epoxy composite laminates ubos sa 70 °C water bath nga mga kondisyon gitun-an. Ang mga epekto sa init ug humid nga palibot sa epekto sa kapakyasan nga mga kinaiya sa mga composite gisusi pinaagi sa pagtandi sa uga nga mga sampol sa temperatura sa lawak. Sa eksperimento, ang CFRP laminates naapektuhan sa CFRP laminates sa 45 m/s, 68 m/s ug 86 m/s. Ang katulin sa wala pa ug pagkahuman sa epekto gisukod. Ang impluwensya sa init ug humid nga palibot sa performance sa pagsuyup sa enerhiya sa mga laminates gisusi. Ang Ultrasonic c-scan gigamit sa pag-ila sa internal nga kadaot sa laminate, ug ang impluwensya sa impact velocity sa fractured area gisusi. Ang scanning electron microscope ug ang ultra-depth-depth three-dimensional microscopic system gigamit sa pag-obserbar sa mesoscopic nga mga kinaiya sa sample nga kadaot, ug ang kadaot sa sample gisusi sa humid heat environment. Ang epekto sa mga bahin.
2 Mga eksperimento nga materyales ug pamaagi
2. 1 Materyal ug pagpangandam
Carbon fiber epoxy resin (T300 / EMl 12) composite nga materyal, pre-immersion nga gihatag sa Jiangsu Hengshen Co., Ltd., single-layer nga pre-immersion nga gibag-on sa 0. 137 mm nga adunay fiber volume fraction nga 66%. Ang laminate panel gibutang sa salog sa layer. , gidak-on 115mm x 115mln. Ang proseso sa pagporma sa hot-press tank gigamit. Ang diagram sa proseso sa pag-ayo nga giandam sa proseso gipakita sa Figure 1. Una nga ipataas ang pinuy-anan gikan sa temperatura sa lawak ngadto sa 80 oC sa usa ka rate sa pagpainit nga 1 ngadto sa 3 oC/min, unya painiton sulod sa 30 min, init ngadto sa 130 oC sa usa ka rate sa pagpainit nga l13 oC/min, pagpainit sa 120 min, pagpakunhod ngadto sa 600C sa usa ka kanunay nga makapabugnaw rate, ug unya kuhaa ang pressure ug buhian, ug buhian.
2. 2 Basa nga init nga pagtambal
Human sa pag-andam sa espesimen, ang sample mao ang basa-init-pagtratar sumala sa espesipikasyon HB 7401-96.171 "Resin-based composite composite layer basa init nga palibot umog pagsuyup eksperimento pamaagi". Una, ang espesimen ibutang sa usa ka thermostatic drying chamber sa 70 degrees C aron mamala. Ang kanunay nga pagtimbang gamit ang mga balanse hangtud nga ang pagkawala sa kalidad sa espesimen lig-on nga dili molapas sa 0. 02%, ang natala nga bili niining panahona mao ang Engineering Dry Mass G. Human sa pagpauga, ang espesimen gibutang sa 70 degrees C nga tubig alang sa basa nga pagtambal sa kainit. Sumala sa espesipikong HB 7401. Ang pamaagi nga gipiho sa 96 "nagsukod sa kalidad sa espesimen kada adlaw, natala isip Gi, ug nagrekord sa kausaban sa pagsuyup sa umog nga Mi. Ang ekspresyon sa pagsuyup sa umog sa CFRP laminate specimen mao ang:
Ang pormula detalyado: Ang Mi mao ang pagsuyop sa umog sa espesimen, Gi ang kalidad human ang sample mosuhop sa umog, g, go mao ang uga nga kalidad sa estado sa engineering sa specimen.
2. 3 Mga Eksperimento sa Epekto
Ang eksperimento sa high-speed nga epekto sa CFRP laminate gihimo sa usa ka high-speed nga air cannon nga adunay diyametro nga 15 mm. Ang high-speed impact test device (tan-awa ang Figure 2) naglakip sa high-speed nga air gun, laser speed measurement device sa wala pa ug pagkahuman sa impact, bullet body, specimen installation fixture (ibabaw sa tuo nga suok sa Figure 2), ug bullet body safety recovery device. Ang bala nga lawas usa ka cone-headed cylindrical bullet (Figure 2), ug ang gidaghanon sa bala mao ang 24. 32 g nga adunay diametro nga 14. 32 mm; impact speed mao ang 45 m/s (impact energy 46 J), 68 m/s (impact energy 70 J), 86 m/s (impact energy 90 J) impact.
2. 4 Pagsusi sa kadaot sa mga espesimen
Human maapektuhan sa epekto, ang carbon fiber color epoxy composite composite laminate layer edgout plate gigamit sa pag-ila sa internal nga impact damage sa CFRP laminate plate, ug ang projection area sa impact damage area gisukod sa image analysis software UTwim, ug ang detalyadong mga feature sa cross-sectional nga pagkaguba naobserbahan pinaagi sa pag-scan sa electron microscope ug ultra-3D nga microscope sa field.
3 Mga resulta ug mga panaghisgot
3. 1 Mga kinaiya sa pagsuyop sa umog sa mga specimen
Usa ka kinatibuk-an nga 37. 7 d, ang kasagaran nga saturated moisture absorption mao ang 1. 780%, nga adunay diffusion rate nga 6. 183x10. 7lllnl2/s. Ang moisture absorption curve sa CFRP laminate specimen gipakita sa Figure 3. Ingon sa makita gikan sa Figure 3, ang inisyal nga pagtubo rate sa moisture pagsuyup sa specimen mao ang linear, human sa linear nga yugto, ang pagtubo rate sa umog pagsuyup magsugod sa pagkunhod, pagkab-ot sa usa ka makanunayon nga lebel sa kahimtang sa d, ug sa pagkab-ot sa usa ka steady nga lebel sa estado sa human sa usa ka moisture23 d pagsuyup human sa usa ka yugto sa pagsuyup. panahon. Busa, ang pagsuyup sa umog sa espesimen nahiuyon sa duha ka yugto nga moisture absorption mode: ang unang yugto sa pagsuyup sa umog tungod sa hiniusang aksyon sa temperatura ug humidity, ang kaumog pinaagi sa materyal mismo adunay mga pores, mga lungag, mga liki ug uban pang mga depekto nga mikaylap sa sulod sa materyal; Ang pagsabwag sa tubig hinay ug anam-anam nga nakaabot sa saturation niini nga yugto.
3. Ang dayag nga pagkaguba nga mga kinaiya sa 2-layer laminate board
Impact speed sa 86 m/s sa diha nga ang specimen atubangan, sa likod sa dayag nga kalaglagan profile mapa, pinaagi sa uga nga lawak temperatura sample, basa nga init saturation specimen atubangan kalaglagan porma mao ang mas sama sa, ang duha ka mga specimen sa epekto, tungod sa pundasyon liki, ang iyang kalaglagan sa daplin sa unang layer sa fiber adunay usa ka piho nga slip. Kini ang hinungdan sa atubangan nga maghimo usa ka elliptical o rectangular nga porma, ug dugang pa nga makita ang liki sa substrate, ang mga lanot makita nga mabuak. Pinaagi sa uga nga lawak temperatura sample, basa nga init saturation sample sa likod sa pagkaguba sa porma makita nga ang likod sa daplin sa epekto direksyon adunay usa ka piho nga bulge, ug nagpresentar sa usa ka krus-shaped liki. Kini mao ang dayag nga ang fiber fracture, ang base cracking ug ang interlayer fracture (layering) tulo ka matang sa kalaglagan, ang katapusan nga bahin sa lanot gibayaw apan dili mabuak, lamang layering ug fiber/base cracking. Ang pagkabali sa fiber lahi usab, ingon sa makita gikan sa pagtandi sa atubangan ug likod nga kadaot. Ang atubangan maoy hinungdan sa pagkabali sa fiber ug sa substrate tungod sa compression ug shear. Ang likod tungod sa pag-inat hinungdan nga ang lanot nabuak ug gipatong ang substrate. Ang Figure 4 usa ka shock speed nga 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s kung ang specimen internal damage C scan. Ang lugar nga gipakita sa gibanabana nga round l grey nga linya sa sentro sa numero mao ang giplano nga lugar sa damagehole. Ang itom nga linya sa ibabaw ug sa ubos sa matag gamay nga tsart nagpaila sa lugar alang sa likod nga bahin sa panit sa specimen. Ang lugar nga gimarkahan sa puti nga linya sa numero (b) (d) (f) mao ang internal nga kadaot sa specimen sa daplin sa utlanan. Gipakita sa graph nga ang kusog sa epekto nagdugang samtang ang katulin sa epekto nagdugang. Ang laminated plate makahimo sa pagsuhop sa dugang nga enerhiya sa panahon sa epekto (tan-awa ang Figure 6 alang sa piho nga mga bili), nga miresulta sa usa ka pagtaas sa dapit sa laminate kadaot projection: pinaagi sa pagtandi sa uga nga lawak temperatura sample uban sa hulagway sa basa nga init nga saturation specimen, kini makita nga adunay internal nga kadaot (puti nga linya) sa espesimen nga gihimo sa daplin sa utlanan sa basa-init nga kahimtang sa pagsuyup, nag-una tungod sa specimen sa proseso. Ang plasticization sa substrate sa laminate plate ug ang pagkahuyang sa fiber-base interface hinungdan nga ang utlanan adunay usa ka piho nga epekto sa laminate plate sa panahon sa proseso sa epekto. Sumala sa numero, ang likod nga pagpanit nga lugar (itom nga linya) sa espesimen sa usa ka uga nga estado dili kaayo lahi sa basa nga init nga saturation nga estado.
3. Ang detalyado nga makadaot nga mga bahin sa 3-layer panel
Ang cross-sectional damage feature map sa CFRP layer joint plate, nga gikuha sa ultra-depth 3D microsystem ug ang scanning electron mirror, nga adunay impact speed nga 45 m/s, uga ug basa ug init, nagpakita nga ang kadaot sa specimen sa duha ka estado naglakip sa tulo ka matang sa pagkaguba: fiber fracture, base cracking ug interlayer fracture. Apan ang base sa duha ka espesimen lahi nga giliki. Ang pag-crack sa substrate sa usa ka uga nga kahimtang nabuak sa koneksyon tali sa fiber ug substrate. Bisan pa, ang pag-crack sa substrate pagkahuman sa basa nga pagtambal sa kainit giubanan sa mga tipik sa substrate nga nahulog. Wold-esenbet ug uban pang mga materyales sa basa ug init nga palibot sa epekto performance sa istruktura sa istruktura ug fiber substrate interface degradation hiniusang determinado, sa basa nga init nga palibot, CFRP layer plate sa resin base makasinati pagsuyup sa usa ka piho nga kantidad sa tubig, seeping tubig hinungdan sa resin substrate sa dissolve. Ang carbon fiber dili absorbent, nan kinahanglan nga adunay basa nga pagpalapad tali sa duha, kini nga kalainan makapahuyang sa interface tali sa substrate ug sa fiber, makapakunhod sa kalig-on sa substrate. Kung gipailalom sa pagkarga sa epekto, ang mga tipik sa substrate dali nga nahulog, nga nagresulta sa usa ka kalainan gikan sa interface sa kadaot sa sample sa temperatura sa uga nga kwarto. Gikan sa detalyado nga istruktura sa gi-scan nga salamin sa kuryente, makita nga ang pag-crack sa basa ug init nga post-base nga lawas sa panguna mao ang loose cracking sa press break, samtang ang pag-crack sa wala pa ang basa nga kainit labi nga brittle, ug ang pinahigda nga paggunting nga liki sa taliwala sa mga sapaw mas klaro. Gikan sa optical microscope sa numero, makita nga ang mga porma sa pagkaguba lahi sa duha ka mga kaso, ug ang uga nga estado mao ang per-inter-cutting nga pagkaguba. Aron sa pagputol sa kalaglagan nag-una, human sa basa nga kainit alang sa porma sa kalaglagan inubanan sa mahinungdanon nga layered kalaglagan, ang gidaghanon sa layered kalaglagan gipalapad. Makita kini gikan sa anggulo sa mekanismo sa pagkaguba ug mga kinaiya sa pagsuyup sa enerhiya. Gibutang ni Mei Zhiyuan ang duha ka yugto sa pagsulong sa projectile: ang yugto sa pagputol ug ang padayon nga yugto sa pagsulong. Ang A nga dapit sa basa nga init nga sample mao ang shear intrusion stage destruction, nag-una tungod kay sa proseso sa epekto, ang layering plate gi-compress ug giputol ang pagporma sa deformation sa kalaglagan, ang b area mao ang padayon nga invasion stage destruction. Kini nga yugto nag-una tungod sa pagkunhod sa katulin sa pagsulod sa bala sa lawas sa ilawom sa aksyon sa bahin sa tensiyon nga bahin sa fibrous layer, ug ang kusog nag-una nga nakabig sa kusog nga kusog sa pag-inat sa fiber ug ang kusog sa pagkabali sa interlayer (l 51), aron ang fiber break el ug ang miaging fiber break wala sa usa ka tul-id nga linya. Sa uga nga sample, kini nga panghitabo dili klaro, ug ang kadaot sa plato mas seryoso, ang layer plate adunay cracking state. 3. 4 Ang pagsuyup sa enerhiya ug damagehole projection area analysis Figure 5 nagpakita sa relasyon tali sa uga nga temperatura sa lawak ug basa nga init nga saturation sa launch speed ug pagkawala sa enerhiya sa lawas, sa gikusgon nga insidente nga mga 45 m / s, ang uga nga temperatura sa lawak sa bala ang tanan nga rebound, mao nga dili gipakita sa numero. Ingon sa makita gikan sa Figure 7, kung ang pagsulay gisulayan ubos sa basa nga thermal saturation, ang pagkawala sa enerhiya sa bala seryoso, ug ang kapasidad sa pagsuyop sa sample human sa pagtaas sa basa nga init nga pagtambal.
Ang Figure 6 usa ka graph diagram sa projection area sa bullet body incident speed ug ang CFRP layer damage hole (ang gray nga linya nagtimaan bahin sa Figure 4), komprehensibo nga numero (4), (5), (6) makita: (1) uban sa pagtaas sa impact speed, ang CFRP layer layer damage hole projection area nagdugang; saturation; (3) sa diha nga ang epekto speed mao ang mahitungod sa 45 m / s, ang projection nga dapit sa damagehole sa laminated plate human sa basa nga kainit pagtambal mao ang mas dako pa kay sa projection nga dapit sa laminated plate kadaot lungag sa uga nga lawak temperatura kahimtang. Ang basa nga thermal saturation sample damage l-hole projection area misaka sa 85. 1% ug sa shock speed nga mga 68 m / s, ang laminated plate sa usa ka basa ug thermal saturation nga estado misaka sa 18. 10%, ang pagsuyup nga bili (Figure 5) misaka sa 15. 65%; Sa gikusgon nga epekto nga mga 88 m / s, ang laminated plate sa basa ug thermal saturation nga estado gikunhoran sa 9. 25%, ang pagsuyup nga bili sa gihapon misaka sa 12. 45%.
Base sa mga resulta sa panukiduki sa Yucheng Zhong ug uban pang mga produkto, ang pagsuyup sa umog sa carbon fiber-reinforced composite nga mga materyales nagpalambo sa pagkamaunat-unat nga limitasyon ug epekto sa pagbatok sa laminate plate, ug naghiusa sa giplano nga lugar sa damagehole nga lungag sa uga nga lawak nga temperatura specimen ug ang basa nga init nga saturation nga specimen niini nga papel (Figure 4 sa linya sa katulin sa proyekto uban sa linya sa insidente nga gray) ang CFRP layer kadaot lungag, ug ang layered kadaot sa CFRP layer apil board mahimong itandi sa diha nga ang epekto speed mao ang sama ug ubos. Ang damagehole nga lugar sa basa nga init nga saturation specimen medyo dako. Kini mao ang tungod sa basa nga kainit pagtambal naghimo sa CFRP layer substrate plasticization, weakening fiber ug substrate interface ug interlayer performance, sa epekto, ang basa nga kainit saturation kahimtang sa specimen layered kadaot pagpalapad, ang gidaghanon sa kadaot misaka. Base sa Wu Yixuan ug uban pang mga eksperimento nahibal-an nga ang epekto sa enerhiya sa bertikal nga paving direksyon nag-una nga masuhop sa resin substrate, nan ang plasticization sa substrate naghimo sa basa ug init nga saturation specimen nga mosuhop sa dugang nga enerhiya sa panahon sa proseso sa epekto, improb ang epekto pagsukol, ug nagdugang sa projection nga dapit sa kadaot lungag; Ang kadaot sa laminate sa CFRP wala pa bug-os nga gipalapdan, ang epekto natapos na, mao nga kung ang katulin sa epekto mas taas, ang basa nga pagtambal sa kainit sa CFRP laminate damage projection area dili na seryoso, apan tungod sa plasticization sa substrate resin, ang kapasidad sa pagsuyup dugang pa.
4 Mga konklusyon
(1) Uban sa pagtaas sa impact velocity, ang giplano nga dapit sa kadaot lungag sa carbon fiber reinforced epoxy resin composite (CFRP) laminate pagtaas, ug ang pagtubo rate sa kadaot 孑L lungag sa sample sa uga nga lawak temperatura mao ang mas taas kay sa ubos sa basa nga kainit saturation. Dako: (2) Kung ang impact velocity 45 m/s, ang damage projection area sa CFRP laminate sa basa nga heat saturation state madugangan sa 85. 11%, kung ang impact velocity mao ang 68 m/s, ang damage projection area sa CFRP laminate sa basa nga heat saturation state nadugangan sa 18% nga temperatura sa lawak itandi sa CFRP nga temperatura sa lawak. 10%, ang katulin sa epekto mao ang 86m / s. Ang wetted-saturated nga cFRP laminate damage projection area mikunhod sa 9.9% kumpara sa dry room temperature cFRP laminate. 25%; (3) Human ang cFRP laminate maapektuhan sa init ug humid nga palibot, ang interlayer performance sa laminate mikunhod, nga miresulta sa pagpalapad sa delamination area.
Oras sa pag-post: Hunyo-24-2019