1 Cyflwyniad
Mae gan gyfansawdd epocsi wedi'i atgyfnerthu â ffibr carbon (CFRP) lawer o fanteision megis dwysedd isel, cryfder penodol uchel, anystwythder penodol uchel, ymwrthedd i flinder, ymwrthedd i gyrydiad a phriodweddau mecanyddol da. Fe'i defnyddir yn helaeth mewn awyrofod a strwythurau eraill sy'n llym yn yr amgylchedd, gwres llaith ac effaith. Mae dylanwad ffactorau amgylcheddol ar ddeunyddiau yn dod yn fwyfwy amlwg. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae ysgolheigion domestig a thramor wedi cynnal nifer fawr o astudiaethau ar effeithiau amgylchedd poeth a llaith ar gyfansoddion CFRP [1] ac effaith yr effaith ar gyfansoddion CFRP. Canfu'r astudiaeth fod dylanwad amgylchedd poeth a llaith ar gyfansoddion CFRP yn cynnwys plastigoli matrics [2, cracio [31 a phriodweddau rhyngwyneb ffibr-matrics gwan [2'3'5], plygu cyfansawdd CFRP gydag amser triniaeth gwres gwlyb cynyddol). Dangosodd priodweddau mecanyddol y perfformiad [2, priodweddau cneifio plwm a rhyng-haenog [2, 1 a phriodweddau tynnol statig [3'6'7] duedd ar i lawr. Astudiodd Woldesenbet et al. [8,9] briodweddau mecanyddol effaith cyfansoddion ar gyfraddau straen uchel ar ôl triniaeth gwres gwlyb, a chanfuwyd bod yr amgylchedd poeth a llaith wedi gwella cryfder effaith y cyfansoddion. Datgelir y gall amsugno lleithder deunyddiau cyfansawdd wella priodweddau mecanyddol effaith deunyddiau o dan rai amodau, sy'n eithaf gwahanol i'r canlyniadau arbrofol o dan amodau cwasi-statig. Y gwaith ymchwil mawr cyfredol yw effaith gwres llaith (gan gynnwys trochi dŵr) ar briodweddau effaith cyflymder isel cyfansoddion matrics resin wedi'u hatgyfnerthu â ffibr. Astudiodd Pan Wenge et al [10] briodweddau cywasgu laminadau cyfansawdd gwydr ffibr/epocsi gwehyddu dau ddimensiwn ar ôl effaith cyflymder isel ar dymheredd ystafell a dan amodau poeth a llaith (trochi dŵr 65 °C). 4. Ceir y laminad o dan yr amgylchedd poeth a llaith ar ôl sioc cyflymder isel. Mae'r perfformiad cywasgu wedi'i leihau'n sylweddol. Astudiodd Karasek et al. [1] effeithiau lleithder a thymheredd ar effaith cyfansoddion graffit/epocsi, a'u cael mewn amgylcheddau tymheredd isel a thymheredd ystafell. Ychydig o effaith sydd gan leithder ar yr egni cychwynnol ac amsugno egni'r difrod. Perfformiodd Yucheng zhong et al [12,13] brawf effaith cyflymder isel ar laminadau cyfansawdd ar ôl triniaeth gwres gwlyb. Daethpwyd i'r casgliad bod yr amgylchedd poeth a llaith yn lleihau difrod effaith y laminad yn sylweddol. Gwella ymwrthedd effaith laminadau. Astudiodd Krystyna et al. [14] effaith cyflymder isel cyfansawdd ffibr aramid-gwydr/epocsi ar ôl triniaeth gwres gwlyb (trochi mewn dŵr 70 °C), a chawsant ardal ddifrod effaith lai ar ôl triniaeth gwres gwlyb. Mae hyn yn achosi difrod dadlamineiddio y tu mewn i'r sampl, sy'n amsugno mwy o egni yn ystod yr effaith ac yn atal ffurfio dadlamineiddio. Gellir gweld o'r uchod fod dylanwad amgylchedd gwres llaith ar ddifrod effaith deunyddiau cyfansawdd yn cael effaith hyrwyddo ac effaith wanhau. Felly, mae angen ymchwil a gwirio pellach. O ran effaith, cynigiodd a sefydlodd Mei Zhiyuan et al [15] fodel dadansoddi dynameg treiddio dau gam (treiddiad cneifio a threiddiad parhaus) o laminadau cyfansawdd wedi'u hatgyfnerthu â ffibr o dan effaith gyflymder uchel. Cynhaliodd Guiping Zhao et al. [16] dri math o gyflymder gwahanol (llai na, hafal i ac yn fwy na'r cyflymder terfyn balistig) ar berfformiad effaith a difrod y sbesimen ar ôl tri math o laminadau, ond ni chynhwysodd effaith yr amgylchedd gwres llaith ar y difrod effaith. . Yn seiliedig ar y llenyddiaeth uchod, nid yw'r ymchwil gysylltiedig ar effaith yr amgylchedd gwlyb a phoeth ar y laminadau cyfansawdd wedi'u hatgyfnerthu â ffibr wedi'i archwilio ymhellach eto. Yn y papur hwn, astudiwyd nodweddion difrod effaith laminadau cyfansawdd ffibr carbon/epocsi dirlawn gwres gwlyb o dan amodau baddon dŵr 70 °C. Dadansoddwyd effeithiau amgylchedd poeth a llaith ar nodweddion methiant effaith cyfansoddion trwy gymharu â samplau tymheredd ystafell sych. Yn yr arbrawf, cafodd y laminadau CFRP eu heffeithio ar y laminadau CFRP ar 45 m/s, 68 m/s ac 86 m/s. Mesurwyd y cyflymder cyn ac ar ôl yr effaith. Dadansoddwyd dylanwad yr amgylchedd poeth a llaith ar berfformiad amsugno ynni'r laminadau. Defnyddiwyd sgan-c uwchsonig i ganfod difrod mewnol y laminad, a dadansoddwyd dylanwad cyflymder yr effaith ar yr ardal wedi'i thorri. Defnyddiwyd y microsgop electron sganio a'r system ficrosgopig tri dimensiwn uwch-ddwfn-dyfnder i arsylwi nodweddion mesosgopig difrod y sampl, a dadansoddwyd difrod y sampl gan yr amgylchedd gwres llaith. Effaith nodweddion.
2 Deunyddiau a dulliau arbrofol
2. 1 Deunydd a pharatoad
Deunydd cyfansawdd resin epocsi ffibr carbon (T300/EMl 12), cyn-drochi wedi'i ddarparu gan Jiangsu Hengshen Co., Ltd., trwch cyn-drochi un haen o 0.137 mm gyda chyfran cyfaint ffibr o 66%. Mae'r panel laminedig wedi'i osod ar lawr yr haen. , maint 115mm x 115mln. Defnyddir y broses ffurfio tanc gwasgu poeth. Dangosir y diagram proses halltu a baratowyd gan y broses yn Ffigur 1. Yn gyntaf codwch yr annedd o dymheredd ystafell i 80 oC ar gyfradd gwresogi o 1 i 3 oC/mun, yna cadwch yn gynnes am 30 munud, gwreswch i 130 oC ar gyfradd gwresogi o 113 oC/mun, cadwch yn gynnes am 120 munud, lleihau i 600C ar gyfradd oeri gyson, ac yna tynnu'r pwysau a'i ryddhau, a'i ryddhau.
2. 2 Triniaeth gwres gwlyb
Ar ôl paratoi'r sbesimen, cafodd y sampl ei drin â gwres gwlyb yn unol â'r fanyleb HB 7401-96.171 "Dull arbrofol amsugno lleithder mewn amgylchedd gwlyb poeth ar gyfer haen gyfansawdd wedi'i seilio ar resin". Yn gyntaf, rhoddir y sbesimen mewn siambr sychu thermostatig ar 70 gradd C i sychu. Gan bwyso'n rheolaidd gan ddefnyddio clorian nes bod colli ansawdd y sbesimen yn sefydlog ar ddim mwy na 0.02%, y gwerth a gofnodwyd ar yr adeg hon yw Mas Sych Peirianneg G. Ar ôl sychu, rhoddir y sbesimen mewn dŵr 70 gradd C ar gyfer triniaeth gwres gwlyb. Yn ôl y fanyleb HB 7401. Mae'r dull a bennir yn 96 "yn mesur ansawdd y sbesimen bob dydd, wedi'i gofnodi fel Gi, ac yn cofnodi'r newid mewn amsugno lleithder Mi. Mynegiant amsugno lleithder y sbesimen laminedig CFRP yw:
Mae'r fformiwla wedi'i manylu: Mi yw amsugno lleithder y sbesimen, Gi yw'r ansawdd ar ôl i'r sampl amsugno lleithder, g, go yw ansawdd cyflwr sych peirianneg y sbesimen.
2. 3 Arbrofion Effaith
Cynhaliwyd yr arbrawf effaith cyflymder uchel ar y laminad CFRP ar ganon aer cyflymder uchel gyda diamedr o 15 mm. Mae dyfais prawf effaith cyflymder uchel (gweler Ffigur 2) yn cynnwys gwn aer cyflymder uchel, dyfais mesur cyflymder laser cyn ac ar ôl yr effaith, corff y bwled, gosodiad gosod sbesimen (cornel dde uchaf Ffigur 2), a dyfais adfer diogelwch corff y bwled. Mae corff y bwled yn fwled silindrog pen côn (Ffigur 2), a chyfaint y fwled yw 24.32 g gyda diamedr o 14.32 mm; cyflymder yr effaith yw 45 m/s (egni effaith 46 J), 68 m/s (egni effaith 70 J), 86 m/s (egni effaith 90 J) effaith.
2. 4 Canfod difrod i sbesimenau
Ar ôl cael ei effeithio gan yr effaith, defnyddir y plât ymyl-out haen laminedig cyfansawdd epocsi lliw ffibr carbon i ganfod y difrod effaith mewnol i'r plât laminedig CFRP, ac mae ardal taflunio ardal y difrod effaith yn cael ei mesur gan y feddalwedd dadansoddi delweddau UTwim, ac mae nodweddion manwl y dinistr trawsdoriadol yn cael eu harsylwi gan ficrosgop electron sganio a system ficrosgopig 3D maes uwch-dyfnder.
3 Canlyniadau a thrafodaethau
3. 1 Nodweddion amsugno lleithder sbesimenau
Cyfanswm o 37.7 diwrnod, cyfartaledd yr amsugno lleithder dirlawn yw 1.780%, gyda chyfradd trylediad o 6.183x10.7lllnl2/s. Dangosir cromlin amsugno lleithder y sbesimen laminedig CFRP yn Ffigur 3. Fel y gwelir o Ffigur 3, mae cyfradd twf cychwynnol amsugno lleithder y sbesimen yn llinol, ar ôl y cam llinol, mae cyfradd twf yr amsugno lleithder yn dechrau dirywio, gan gyrraedd lefel cyflwr cyson ar ôl tua 23 diwrnod, a chyrraedd dirlawnder amsugno lleithder ar ôl cyfnod o amser. Felly, mae amsugno lleithder y sbesimen yn cydymffurfio â'r modd amsugno lleithder dau gam: mae cam cyntaf amsugno lleithder oherwydd gweithred ar y cyd tymheredd a lleithder, mae lleithder trwy'r deunydd ei hun yn cynnwys mandyllau, tyllau, craciau a diffygion eraill sy'n lledaenu i du mewn y deunydd; Mae'r trylediad dŵr yn araf ac yn cyrraedd dirlawnder yn raddol ar y cam hwn.
3. Nodweddion dinistrio ymddangosiadol y bwrdd laminedig 2 haen
Cyflymder effaith o 86 m/s pan fydd blaen y sbesimen, cefn y map proffil dinistr ymddangosiadol, yn ôl y sampl tymheredd ystafell sych, mae siâp dinistr blaen y sbesimen dirlawnder gwlyb poeth yn debycach i'r ddau sbesimen yn yr effaith, oherwydd craciau'r sylfaen, mae ei ddinistr ar hyd yr haen gyntaf o ffibr â llithro penodol. Mae hyn yn achosi i'r blaen roi siâp eliptig neu betryal, ac yn ogystal â gallu gweld y crac yn y swbstrad, gellir gweld bod y ffibrau wedi torri. Yn ôl y sampl tymheredd ystafell sych, gellir gweld bod siâp dinistr y sampl dirlawnder gwlyb poeth ar gefn y sampl tymheredd ystafell sych bod ganddo fwlch penodol ar hyd cyfeiriad yr effaith, ac mae'n cyflwyno crac siâp croes. Mae'n amlwg bod y toriad ffibr, y cracio sylfaen a'r toriad rhyng-haen (haenu) yn dri math o ddinistr, mae rhan olaf y ffibr yn codi ond heb ei dorri, dim ond haenu a chracio ffibr/sylfaen. Mae toriad y ffibr hefyd yn wahanol, fel y gellir gweld o gymharu'r difrod blaen a chefn. Mae'r blaen yn achosi toriad y ffibr a'r swbstrad oherwydd cywasgu a chneifio. Mae'r cefn oherwydd ymestyn yn achosi i'r ffibr dorri a haenu'r swbstrad. Mae Ffigur 4 yn dangos cyflymder sioc o 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s pan fydd y sbesimen yn sganio difrod mewnol C. Yr ardal a nodir gan y llinell lwyd gron l fras yng nghanol y ffigur yw'r ardal a ragwelir o'r twll difrod. Mae'r llinell ddu uwchben ac islaw pob siart fach yn nodi'r ardal ar gyfer ardal pilio cefn y sbesimen. Yr ardal a farciwyd yn y llinell wen yn ffigur (b) (d) (f) yw'r difrod mewnol i'r sbesimen ar hyd y ffin. Mae'r graff yn dangos bod yr egni effaith yn cynyddu wrth i gyflymder yr effaith gynyddu. Mae'r plât wedi'i lamineiddio yn gallu amsugno mwy o egni yn ystod yr effaith (gweler Ffigur 6 am werthoedd penodol), gan arwain at ardal gynyddol o ragweliad difrod lamineiddio: trwy gymharu'r sampl tymheredd ystafell sych â llun y sbesimen dirlawnder gwlyb-poeth, gellir gweld bod difrod mewnol (llinell wen) i'r sbesimen a gynhyrchir ar hyd y ffin yng nghyflwr dirlawnder gwlyb-poeth y sbesimen, yn bennaf oherwydd y broses amsugno. Mae plastigoli'r swbstrad yn y plât laminedig a gwanhau'r rhyngwyneb ffibr-sylfaen yn achosi i'r ffin gael effaith benodol ar y plât laminedig yn ystod y broses effaith. Yn ôl y ffigur, nid yw ardal pilio cefn (llinell ddu) y sbesimen mewn cyflwr sych yn llawer gwahanol i'r cyflwr dirlawnder gwlyb poeth.
3. Nodweddion dinistriol manwl y panel 3 haen
Mae map nodwedd difrod trawsdoriadol plât cymal haen CFRP, a gymerwyd gan y microsystem 3D uwch-ddwfn a'r drych electron sganio, gyda chyflymder effaith o 45 m/s, sych a gwlyb a phoeth, yn dangos bod difrod y sbesimen yn y ddau gyflwr yn cynnwys tair math o ddinistrio: torri ffibr, cracio sylfaen a thorri rhyng-haen. Ond mae sylfaen y ddau sbesimen wedi cracio'n wahanol. Mae cracio'r swbstrad mewn cyflwr sych yn cael ei gracio wrth y cysylltiad rhwng y ffibr a'r swbstrad. Fodd bynnag, mae cracio'r swbstrad ar ôl triniaeth wres gwlyb yn cyd-fynd â darnau o'r swbstrad yn cwympo allan. Pennir Wold-esenbet a deunyddiau eraill yn yr amgylchedd gwlyb a phoeth o berfformiad effaith strwythur y strwythur a dirywiad rhyngwyneb swbstrad ffibr ar y cyd, yn yr amgylchedd gwlyb a phoeth, mae plât haen CFRP yn profi amsugno rhywfaint o ddŵr yn y sylfaen resin, bydd dŵr sy'n treiddio yn achosi i'r swbstrad resin doddi. Nid yw ffibr carbon yn amsugnol, yna rhaid bod ehangu gwlyb rhyngddynt, mae'r gwahaniaeth hwn yn gwanhau'r rhyngwyneb rhwng y swbstrad a'r ffibr, gan leihau cryfder y swbstrad. Pan gânt eu rhoi dan y llwyth effaith, mae darnau'r swbstrad yn cael eu gollwng allan yn hawdd, gan arwain at wahaniaeth o'r rhyngwyneb difrod sampl tymheredd ystafell sych. O strwythur manwl y drych trydan wedi'i sganio, gellir gweld mai cracio rhydd y toriad gwasg yw cracio corff ôl-sylfaen gwlyb a phoeth yn bennaf, tra bod y cracio cyn y gwres gwlyb yn frau yn bennaf, ac mae'r crac cneifio llorweddol rhwng yr haenau yn fwy amlwg. O'r microsgop optegol yn y ffigur, gellir gweld bod y ffurfiau dinistrio yn wahanol yn y ddau achos, a'r cyflwr sych yw dinistrio fesul rhyng-dorri. I dorri'r dinistr yn bennaf, ar ôl gwres gwlyb ar gyfer ffurf y dinistr ynghyd â dinistr haenog sylweddol, mae cyfran y dinistr haenog yn ehangu. Gellir gweld hyn o ongl y mecanwaith dinistrio a nodweddion amsugno ynni. Cyflwynodd Mei Zhiyuan ddau gam o oresgyniad y taflegryn: y cam torri a'r cam goresgyniad parhaus. Yr ardal A yn y sampl poeth gwlyb yw'r dinistr cam cneifio, yn bennaf oherwydd yn y broses effaith, mae'r plât haenu yn cael ei gywasgu a'i gneifio i ffurfio'r anffurfiad dinistrio, ardal b yw'r dinistr cam goresgyniad parhaus. Mae'r cam hwn yn bennaf oherwydd y gostyngiad yng nghyflymder ymwthiad corff y bwled o dan weithred cydran straen ymestyn yr haen ffibrog, ac mae'r egni'n cael ei drawsnewid yn bennaf yn egni straen ymestyn y ffibr ac yn egni torri rhyng-haen (l 51), fel nad yw'r toriad ffibr el a'r toriad ffibr blaenorol mewn llinell syth. Yn y sampl sych, nid yw'r ffenomen hon yn amlwg, ac mae'r difrod i'r plât yn fwy difrifol, mae gan y plât haen gyflwr cracio. 3. 4 Dadansoddiad o egni amsugno ac arwynebedd taflunio twll difrod Mae Ffigur 5 yn dangos y berthynas rhwng tymheredd ystafell sych a dirlawnder gwres gwlyb cyflymder lansio a cholled egni'r corff, ar gyflymder digwyddiad o tua 45 m/s, mae tymheredd ystafell sych y fwled i gyd yn adlamu, felly nid yw'n cael ei ddangos yn y ffigur. Fel y gwelir o Ffigur 7, pan brofir y prawf o dan ddirlawnder thermol gwlyb, mae colled egni'r bwled yn ddifrifol, ac mae capasiti sugno'r sampl ar ôl y driniaeth gwres gwlyb yn cynyddu.
Mae Ffigur 6 yn ddiagram graff o arwynebedd taflunio cyflymder digwyddiad corff y bwled a thwll difrod haen CFRP (mae'r llinell lwyd yn nodi rhan o Ffigur 4), gellir gweld ffigur cynhwysfawr (4), (5), (6): (1) gyda chynnydd cyflymder yr effaith, mae arwynebedd taflunio twll difrod haen CFRP yn cynyddu; (2) Mae arwynebedd taflunio'r twll difrod yn y sampl mewn tymheredd ystafell sych yn fwy nag arwynebedd dirlawnder gwlyb poeth; (3) pan fo cyflymder yr effaith tua 45 m/s, mae arwynebedd taflunio twll difrod y plât wedi'i lamineiddio ar ôl triniaeth gwres gwlyb yn llawer mwy nag arwynebedd taflunio twll difrod y plât wedi'i lamineiddio yn y cyflwr tymheredd ystafell sych. Cynyddodd arwynebedd taflunio twll-l difrod sampl dirlawnder thermol gwlyb 85.1% ac ar gyflymder sioc o tua 68 m/s, cynyddodd y plât wedi'i lamineiddio mewn cyflwr dirlawnder gwlyb a thermol 18.10%, cynyddodd y gwerth amsugno (Ffigur 5) 15.65%; Ar gyflymder effaith o tua 88 m/s, gostyngwyd y plât laminedig yn y cyflwr dirlawnder gwlyb a thermol 9.25%, cynyddodd y gwerth amsugno 12.45% o hyd.
Yn seiliedig ar ganlyniadau ymchwil Yucheng Zhong a chynhyrchion eraill, mae amsugno lleithder deunyddiau cyfansawdd wedi'u hatgyfnerthu â ffibr carbon yn gwella'r terfyn elastigedd a gwrthiant effaith y plât laminedig, ac yn cyfuno arwynebedd rhagamcanol twll y difrod yn y sbesimen tymheredd ystafell sych a'r sbesimen dirlawnder poeth gwlyb yn y papur hwn (Ffigur 4 yn y llinell lwyd). Gellir cymharu'r diagram perthynas â chyflymder digwyddiad corff-bwled ac arwynebedd rhagamcanu twll difrod yr haen CFRP, a'r difrod haenog o'r bwrdd ymuno haen CFRP pan fo'r cyflymder effaith yr un fath ac yn isel. Mae arwynebedd twll difrod y sbesimen dirlawnder poeth gwlyb yn gymharol fawr. Mae hyn oherwydd bod y driniaeth gwres gwlyb yn gwneud plastigoli swbstrad yr haen CFRP, gan wanhau rhyngwyneb ffibr a swbstrad a pherfformiad rhyng-haen, yn yr effaith, mae cyflwr dirlawnder gwres gwlyb ehangu difrod haenog y sbesimen, a chynyddodd cyfran y difrod. Yn seiliedig ar Wu Yixuan ac arbrofion eraill, gwyddys bod yr egni effaith i gyfeiriad palmant fertigol yn cael ei amsugno'n bennaf gan y swbstrad resin, yna mae plastigoli'r swbstrad yn gwneud i'r sbesimen dirlawnder gwlyb a phoeth amsugno mwy o egni yn ystod y broses effaith, yn gwella'r ymwrthedd effaith, ac yn cynyddu ardal taflunio'r twll difrod; nid yw difrod laminedig CFRP wedi'i ymestyn yn llawn, mae'r effaith wedi dod i ben, felly pan fydd cyflymder yr effaith yn uwch, nid yw'r driniaeth wres gwlyb ar ardal taflunio difrod laminedig CFRP bellach yn ddifrifol, ond oherwydd plastigoli resin y swbstrad, mae'r gallu amsugno yn dal i gynyddu.
4 Casgliadau
(1) Gyda chynnydd cyflymder yr effaith, mae arwynebedd rhagamcanol twll difrod laminad cyfansawdd resin epocsi wedi'i atgyfnerthu â ffibr carbon (CFRP) yn cynyddu, ac mae cyfradd twf y twll difrod 孑L yn y sampl ar dymheredd ystafell sych yn uwch nag o dan ddirlawnder gwres gwlyb. Mawr: (2) Pan fydd cyflymder yr effaith yn 45 m/s, mae arwynebedd rhagamcanol difrod y laminad CFRP yn y cyflwr dirlawnder gwres gwlyb yn cynyddu 85.11%, pan fydd cyflymder yr effaith yn 68 m/s, mae arwynebedd rhagamcanol difrod y laminad CFRP yn y cyflwr dirlawnder gwres gwlyb yn cynyddu 18% o'i gymharu â'r laminad CFRP yn y cyflwr tymheredd ystafell sych. 10%, cyflymder yr effaith yw 86m/s. Mae arwynebedd rhagamcanol difrod laminad cFRP dirlawn gwlyb yn cael ei leihau 9.9% o'i gymharu â'r laminad cFRP tymheredd ystafell sych. 25%; (3) Ar ôl i'r laminad cFRP gael ei effeithio gan yr amgylchedd poeth a llaith, mae perfformiad rhynghaen y laminad yn cael ei leihau, gan arwain at ehangu'r arwynebedd dadlaminadu.
Amser postio: Mehefin-24-2019