1 Enkonduko
Karbonfibro-plifortigita epoksio-kompozitaĵo (CFRP) havas multajn avantaĝojn, kiel ekzemple malalta denseco, alta specifa forto, alta specifa rigideco, lacecrezisto, korodrezisto kaj bonaj mekanikaj ecoj. Ĝi estas vaste uzata en aerspaca kaj aliaj medie severaj strukturoj, humida varmo kaj kolizio. La influo de mediaj faktoroj sur materialoj estas ĉiam pli evidenta. En la lastaj jaroj, hejmaj kaj eksterlandaj akademiuloj faris grandan nombron da studoj pri la efikoj de varma kaj humida medio sur CFRP-kompozitaĵoj [1] kaj la efiko de kolizio sur CFRP-kompozitaĵoj. La studo trovis, ke la influo de varma kaj humida medio sur CFRP-kompozitaĵoj inkluzivas plastiĝon de matrico [2, fendiĝon [31] kaj malfortigitajn fibro-matricajn interfacajn ecojn [2'3'5], fleksiĝon de CFRP-kompozitaĵo kun kreskanta malseka varmotraktado. La mekanikaj ecoj de la rendimento [2, plumbaj kaj interlamenaj tondaj ecoj [2, 1] kaj statikaj streĉaj ecoj [3'6'7] montris malkreskan tendencon. Woldesenbet et al. [8,9] studis la koliziajn mekanikajn ecojn de kompozitaĵoj ĉe altaj streĉrapidecoj post malseka varmotraktado, kaj trovis, ke la varma kaj humida medio plibonigis la kolizian forton de la kompozitaĵoj. Malkaŝiĝas, ke la humidabsorbo de kompozitaj materialoj povas plibonigi la mekanikajn ecojn de materialoj rilate al efiko sub certaj kondiĉoj, kio estas sufiĉe malsama ol la eksperimentaj rezultoj sub kvazaŭ-statikaj kondiĉoj. La nuna ĉefa esplorlaboro estas la efiko de humida varmo (inkluzive de akvomergado) sur la malalt-rapidajn ecojn de fibro-plifortigitaj rezinaj matricaj kompozitoj. Pan Wenge kaj aliaj [10] studis la kunpremajn ecojn de dudimensiaj teksitaj vitrofibraj/epoksiaj kompozitaj lamenoj post malalt-rapida efiko je ĉambra temperaturo kaj sub varmaj kaj humidaj kondiĉoj (65 °C akvomergado). 4. La lamenoj sub varma kaj humida medio estas akiritaj post malalt-rapida ŝoko. La kunprema rendimento estas signife reduktita. Karasek kaj aliaj [1] studis la efikojn de humideco kaj temperaturo sur la efiko de grafito/epoksiaj kompozitoj, kaj akiris ilin en malaltaj kaj ĉambraj medioj. Humideco havas malmultan efikon sur la komenca energio kaj energiabsorbo de la difekto. Yucheng zhong kaj aliaj [12,13] faris malalt-rapidan efikoteston sur kompozitaj lamenoj post malseka varmotraktado. Oni konkludas, ke la varma kaj humida medio signife reduktas la efikodifekton de la lamenoj. Plibonigas la efikoreziston de lamenoj. Krystyna et al. [14] studis la malrapidan kolizion de aramida-vitrofibro/epoksio-kompozito post malseka varmotraktado (70 °C akvomergado), kaj akiris pli malgrandan areon de kolizioj post malseka varmotraktado. Ĉi tio kaŭzas delaminiĝan difekton ene de la specimeno, kiu absorbas pli da energio dum kolizioj kaj malhelpas la formadon de delaminiĝo. El la supre menciitaj, oni povas vidi, ke la influo de humida varmomedio sur la kolizian difekton de kompozitaj materialoj havas antaŭenigan efikon kaj malfortigan efikon. Tial, plia esplorado kaj konfirmo estas necesaj. Rilate al kolizioj, Mei Zhiyuan et al. [15] proponis kaj establis du-ŝtupan (tonda penetrado kaj kontinua penetrado) penetran dinamikan analizan modelon de fibro-plifortigitaj kompozitaj lamenoj sub alt-rapida kolizioj. Guiping Zhao et al. [16] faris tri specojn de malsamaj rapidoj (malpli ol, egala al kaj pli granda ol la balistika lima rapido) sur la kolizian rendimenton kaj difekton de la specimeno post tri specoj de lamenoj, sed ne implikis la efikon de la humida varmomedio sur la kolizian difekton. Surbaze de la supre menciita literaturo, la rilata esplorado pri la efiko de malseka kaj varma medio sur la fibro-plifortigitajn kompozitajn lamenojn ankoraŭ ne estas plu esplorita. En ĉi tiu artikolo, la karakterizaĵoj de frakaso de malseke varmosaturitaj karbonfibro/epoksiaj kompozitaj lamenoj sub 70 °C akvobankondiĉoj estis studitaj. La efikoj de varma kaj humida medio sur la frakasajn difektajn karakterizaĵojn de kompozitoj estis analizitaj per komparo kun sekaj ĉambratemperaturaj specimenoj. En la eksperimento, la CFRP-lamenoj estis frakasitaj sur la CFRP-lamenojn je 45 m/s, 68 m/s kaj 86 m/s. La rapido antaŭ kaj post la frakaso estis mezurita. La influo de la varma kaj humida medio sur la energian sorban rendimenton de la lamenoj estis analizita. Ultrasona c-skanado estis uzata por detekti la internan difekton de la lameno, kaj la influo de la frakasa rapido sur la rompita areo estis analizita. La skana elektrona mikroskopo kaj la ultra-profunda tridimensia mikroskopa sistemo estis uzataj por observi la mezoskopajn karakterizaĵojn de la specimena difekto, kaj la difekto de la specimeno estis analizita per la humida varma medio. La efiko de trajtoj.
2 Eksperimentaj materialoj kaj metodoj
2. 1 Materialo kaj preparo
Karbonfibra epoksirezino (T300/EMl 12) kompozita materialo, antaŭmerga provizita de Jiangsu Hengshen Co., Ltd., unu-tavola antaŭmerga dikeco de 0,137 mm kun fibrovolumena frakcio de 66%. La lamenpanelo estas metita sur la fundon de la tavolo, grandeco 115mm x 115mln. La formadprocezo de varma-prema tanko estas uzata. La diagramo de la hardado-procezo preparita per la procezo estas montrita en Figuro 1. Unue levi la temperaturon de ĉambra temperaturo ĝis 80 °C je varmigrapideco de 1 ĝis 3 °C/min, poste teni varma dum 30 minutoj, varmigi ĝis 130 °C je varmigrapideco de 113 °C/min, teni varma je 120 minutoj, malaltigi ĝis 600C je konstanta malvarmiĝa rapido, kaj poste forigu la premon kaj liberigu, kaj liberigu.
2. 2 Malseka varmotraktado
Post la preparado de la specimeno, ĝi estis malseke-varme traktita laŭ la specifo HB 7401-96.171 "Rezin-bazita kompozita tavolo de malseka varma medio, humidabsorba eksperimenta metodo". Unue, la specimeno estas metita en termostatan sekigejon je 70 gradoj C por sekiĝi. Ĝi estas regule pesata per pesilo ĝis la kvalitperdo de la specimeno stabiliĝas je ne pli ol 0,02%, la registrita valoro tiutempe estas Inĝeniera Seka Maso G. Post sekiĝo, la specimeno estas metita en 70 gradojn C da akvo por malseke-varme traktita. Laŭ la specifo HB 7401, la metodo specifita en 96 "mezuras la kvaliton de la specimeno ĉiutage, registrita kiel Gi, kaj registras la ŝanĝon de humidabsorbo Mi". La humidabsorba esprimo de la CFRP-lamenita specimeno estas:
La formulo estas detala: Mi estas la humidabsorbo de la specimeno, Gi estas la kvalito post kiam la specimeno absorbas humidon, g, go estas la seka stato de la specimeno.
2. 3 Efikaj Eksperimentoj
La eksperimento pri altrapida frapo sur la CFRP-lamenaro estis efektivigita per altrapida aerkanono kun diametro de 15 mm. La altrapida fraptesta aparato (vidu Figuron 2) inkluzivas altrapidan aerpafilon, laseran rapidmezurilon antaŭ kaj post la frapo, kuglokorpon, specimenan instalan fiksaĵon (supra dekstra angulo de Figuro 2), kaj sekurecan reakiran aparaton por la kuglokorpo. La kuglokorpo estas konusforma cilindra kuglo (Figuro 2), kaj la volumeno de la kuglo estas 24,32 g kun diametro de 14,32 mm; la fraprapido estas 45 m/s (frapenergio 46 J), 68 m/s (frapenergio 70 J), 86 m/s (frapenergio 90 J) por frapo.
2. 4 Detekto de damaĝoj en specimenoj
Post la efiko, la karbonfibra kolora epoksi-kompozita lamena tavolo kun randplato estas uzata por detekti la internan efikodifekton de la CFRP-lamena plato, kaj la projekcia areo de la efikodifekta areo estas mezurata per la bildanaliza programaro UTwim, kaj la detalaj trajtoj de la transversa sekca detruo estas observitaj per skana elektrona mikroskopo kaj ultra-profunda kampa 3D mikroskopa sistemo.
3 Rezultoj kaj diskutoj
3. 1 Specimenoj pri humidsorbaj karakterizaĵoj
Entute 37,7 tagoj, la averaĝa saturita humidabsorbo estas 1,780%, kun difuzrapideco de 6,183x10,7 lllnl²/s. La humidabsorba kurbo de la CFRP-lamenara specimeno estas montrita en Figuro 3. Kiel videblas el Figuro 3, la komenca kreskorapideco de la humidabsorbo de la specimeno estas lineara, post la lineara stadio, la kreskorapideco de la humidabsorbo komencas malpliiĝi, atingante stabilan nivelon post ĉirkaŭ 23 tagoj, kaj atingante saturiĝon de humidabsorbo post iu tempodaŭro. Tial, la humidabsorbo de la specimeno konformas al la du-ŝtupa humidabsorba reĝimo: la unua stadio de humidabsorbo ŝuldiĝas al la kuna ago de temperaturo kaj humideco, humideco tra la materialo mem enhavas porojn, truojn, fendetojn kaj aliajn difektojn disvastiĝantajn al la interno de la materialo; la akvodifuzo estas malrapida kaj iom post iom atingas saturiĝon en ĉi tiu stadio.
3. La ŝajnaj detruaj karakterizaĵoj de la 2-tavola lamenplato
Kun fraka rapido de 86 m/s, la antaŭa parto de la specimeno montras ŝajnan detruan profilon. Laŭ la seka ĉambra temperaturo, malseka varma saturita specimeno montras pli similan detruan antaŭan formon. La du specimenoj dum la fraka efiko havas certan glitadon pro la fundamentaj fendetoj, kaj la detruo laŭlonge de la unua tavolo de fibroj okazas laŭlonge de la unua tavolo de fibroj. Tio kaŭzas elipsan aŭ rektangulan formon, kaj krom vidi la fendeton en la substrato, oni povas vidi ankaŭ rompi la fibrojn. Laŭ la seka ĉambra temperaturo, malseka varma saturita specimeno montras la detruon sur la malantaŭo, kiu havas certan ŝvelaĵon laŭ la fraka direkto kaj prezentas krucforman fendeton. Estas evidente, ke la fibrofrakturo, la baza fendiĝo kaj la intertavola frakturo (tavoligo) estas tri formoj de detruo. La lasta parto de la fibro leviĝas sed ne rompiĝas, nur tavoligo kaj fibro/baza fendiĝo. La fibrofrakturo ankaŭ diferencas, kiel oni povas vidi el la komparo de la antaŭa kaj malantaŭa difekto. La antaŭa parto kaŭzas la frakturon de la fibro kaj la substrato pro kunpremo kaj ŝiro. La malantaŭa parto okazas pro streĉado, kiu kaŭzas la fibrorompiĝon kaj tavoligon de la substrato. Figuro 4 montras ŝokrapidecon de 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s kiam la interna difekto de la specimeno estas skanata. La areo indikita per la proksimuma ronda griza linio en la centro de la figuro estas la projekciita areo de la difektita truo. La nigra linio super kaj sub ĉiu malgranda diagramo indikas la areon por la malantaŭa ŝeliĝo de la specimeno. La areo markita per la blanka linio en figuro (b) (d) (f) estas la interna difekto al la specimeno laŭlonge de la limo. La grafikaĵo montras, ke la frapa energio pliiĝas kun la pliiĝo de la fraprapido. La lamenigita plato kapablas absorbi pli da energio dum frapo (vidu Figuron 6 por specifaj valoroj), rezultante en kreskanta areo de projekcio de la lamenigita difekto: komparante la sekan ĉambran temperaturon de la specimeno kun la bildo de la malseka-varma saturiĝa specimeno, oni povas vidi, ke ekzistas interna difekto (blanka linio) de la specimeno produktita laŭlonge de la limo en la malseka-varma saturiĝa stato de la specimeno, ĉefe pro la sorba procezo. La plastiĝo de la substrato en la lamenplato kaj la malfortiĝo de la fibro-baza interfaco kaŭzas, ke la limo havas certan efikon sur la lamenplaton dum la frakprocezo. Laŭ la figuro, la malantaŭa ŝeliĝanta areo (nigra linio) de la specimeno en seka stato ne multe diferencas de la malseka varma saturiĝa stato.
3. La detalaj detruaj trajtoj de la 3-tavola panelo
La transversa sekca mapo de damaĝaj trajtoj de la CFRP-tavola kuniga plato, prenita per la ultra-profunda 3D-mikrosistemo kaj la skana elektrona spegulo, kun frakrapido de 45 m/s, seka kaj malseka kaj varma, montras, ke la damaĝo de la specimeno en ambaŭ statoj inkluzivas tri formojn de detruo: fibro-rompo, baza fendo kaj intertavola frako. Sed la bazo de la du specimenoj estas fendita malsame. La fendado de la substrato en seka stato estas fendita ĉe la konekto inter la fibro kaj la substrato. Tamen, la fendado de la substrato post malseka varmotraktado estas akompanata de elfalo de fragmentoj de la substrato. Karbonfibro kaj aliaj materialoj en malsekaj kaj varmaj medioj kune determinis la frakrendimenton de la strukturo kaj la interfacan degradiĝon de la fibro-substrato. En malseka kaj varma medio, CFRP-tavola plato en la rezina bazo spertas sorbadon de certa kvanto da akvo, kaj elfluanta akvo kaŭzos la dissolviĝon de la rezina substrato. Karbonfibro ne estas sorba, do devas esti malseka ekspansio inter la du, ĉi tiu diferenco malfortigas la interfacon inter la substrato kaj la fibro, reduktante la forton de la substrato. Kiam submetitaj al la frapa ŝarĝo, la substrataj fragmentoj facile elfalas, rezultante diferencon kompare al la difekta interfaco de la specimeno je seka ĉambra temperaturo. El la detala strukturo de la skanita elektra spegulo, oni povas vidi, ke la fendado de la malseka kaj varma fosto-baza korpo estas ĉefe la loza fendado de la prema rompo, dum la fendado antaŭ la malseka varmo estas ĉefe fragila, kaj la horizontala ŝirfendo inter la tavoloj estas pli evidenta. El la optika mikroskopo en la figuro, oni povas vidi, ke la detruaj formoj estas malsamaj en la du kazoj, kaj la seka stato estas post-intertranĉa detruo. Por tranĉi la detruon ĉefe, post malseka varmo, por la formo de detruo akompanata de signifa tavola detruo, la proporcio de tavola detruo disetendiĝis. Tio videblas el la angulo de detrua mekanismo kaj energiaj sorbaj karakterizaĵoj. Mei Zhiyuan prezentis du etapojn de la projektila invado: la tranĉa etapo kaj la kontinua invada etapo. La A-areo en la malseka varma specimeno estas la ŝir-entruda etapo de detruo, ĉefe ĉar en la frapa procezo, la tavoliga plato estas kunpremita kaj ŝirita, formante la detruan deformadon, la b-areo estas la kontinua invada etapo de detruo. Ĉi tiu etapo ĉefe ŝuldiĝas al la redukto de la entrudiĝa rapido de la kuglokorpo sub la ago de la streĉa streĉa komponanto de la fibreca tavolo, kaj la energio ĉefe konvertiĝas al la fibrostreĉa deforma energio kaj la intertavola frakturenergio (l 51), tiel ke la fibrorompo el kaj la antaŭa fibrorompo ne estas en rekta linio. En la seka specimeno, ĉi tiu fenomeno ne estas evidenta, kaj la difekto de la plato estas pli grava, la tavolplato havas fendan staton. 3.4 Absorba energio kaj difektotruoprojekcia areoanalizo Figuro 5 montras la rilaton inter seka ĉambra temperaturo kaj malseka varma saturiĝo de la lanĉrapido kaj energiperdo de la korpo, ĉe la incida rapido de ĉirkaŭ 45 m/s, la seka ĉambra temperaturo de la kuglo tute resaltas, do ne montrita en la figuro. Kiel videblas el Figuro 7, kiam la testo estas testita sub malseka termika saturiĝo, la energiperdo de la kuglo estas grava, kaj la suĉkapacito de la specimeno post la malseka varmotraktado pliiĝas.
Figuro 6 estas grafika diagramo de la projekcia areo de la incida rapido de la kuglokorpo kaj la CFRP-tavola difektita truo (la griza linio markas parton de Figuro 4), ampleksaj figuroj (4), (5), (6) videblas: (1) kun la pliiĝo de la fraprapido, la projekcia areo de la difektita truo de la CFRP-tavola tavolo pliiĝas; (2) La projekcia areo de la difektita truo en la specimeno en seka ĉambra temperaturo estas pli granda ol tiu de malseka varma saturiĝo; (3) kiam la fraprapido estas ĉirkaŭ 45 m/s, la projekcia areo de la difektita truo de la lamenigita plato post malseka varmotraktado estas multe pli granda ol la projekcia areo de la difektita truo de la lamenigita plato en la seka ĉambra temperaturo. La projekcia areo de la L-truo de la specimeno en malseka termika saturiĝo pliiĝis je 85,1% kaj je fraprapido de ĉirkaŭ 68 m/s, la lamenigita plato en malseka kaj termika saturiĝo pliiĝis je 18,10%, la absorba valoro (Figuro 5) pliiĝis je 15,65%; Ĉe fraprapido de ĉirkaŭ 88 m/s, la lamenigita plato en la malseka kaj termika saturiĝa stato reduktiĝis je 9,25%, la absorba valoro ankoraŭ pliiĝis je 12,45%.
Surbaze de la esplorrezultoj de Yucheng Zhong kaj aliaj produktoj, la humidsorbado de karbonfibro-plifortigitaj kompozitaj materialoj plibonigas la elastan limon kaj frapreziston de la lamenplato, kaj kombinas la projekciitan areon de la difektotruo de la seka ĉambratemperatura specimeno kaj la malseka-varma saturiĝa specimeno en ĉi tiu artikolo (Figuro 4 en la griza linio). La rilatdiagramo kun la incida rapido de kuglo-korpo kaj la projekcia areo de la CFRP-tavola difektotruo, kaj la tavola difekto de la CFRP-tavola kuniga plato povas esti komparitaj kiam la fraprapido estas la sama kaj malalta. La difektotruareo de la malseka-varma saturiĝa specimeno estas relative granda. Ĉi tio ŝuldiĝas al tio, ke la malseka varmotraktado igas la CFRP-tavolan substraton plastiĝi, malfortigante la fibro-substratan interfacon kaj la intertavolan rendimenton. Dum la frapo, la malseka-varma saturiĝa stato de la specimeno disetendiĝas, la proporcio de difekto pliiĝas. Surbaze de eksperimentoj de Wu Yixuan kaj aliaj, oni scias, ke la frapa energio en la vertikala pavima direkto estas ĉefe sorbita de la rezina substrato. Tiam la plastiĝo de la substrato igas la malsekan kaj varman saturiĝan specimenon absorbi pli da energio dum la frapa procezo, plibonigante la frapreziston kaj pliigante la projekcian areon de la difektita truo. La difekto de la CFRP-lamenaro ne estas plene etendita, la frapo finiĝis, do kiam la fraprapido estas pli alta, la malseka varmotraktado sur la projekcia areo de la difektita CFRP-lamenaro ne plu estas grava, sed pro la plastiĝo de la substrata rezino, la sorba kapacito ankoraŭ pliiĝas.
4 Konkludoj
(1) Kun la pliiĝo de la fraprapideco, la projekciita areo de la difektita truo de karbonfibro-plifortigita epoksirezina kompozita (CFRP) laminado pliiĝas, kaj la kreskorapideco de la difektita truo en la specimeno je seka ĉambra temperaturo estas pli alta ol tiu sub malseka varmosaturiĝo. Granda: (2) Kiam la fraprapideco estas 45 m/s, la difektita projekcia areo de la CFRP-laminado en la malseka varmosaturiĝo estas pliigita je 85.11%, kiam la fraprapideco estas 68 m/s, la difektita projekcia areo de la CFRP-laminado en la malseka varmosaturiĝo estas pliigita je 18% kompare kun la CFRP-laminado en la seka ĉambra temperaturo. Je 10%, la fraprapideco estas 86 m/s. La malsek-saturita cFRP-laminado estas reduktita je 9.9% kompare kun la seka ĉambra temperaturo cFRP-laminado. 25%; (3) Post kiam la cFRP-laminado estas trafita de la varma kaj humida medio, la intertavola agado de la laminado estas reduktita, rezultante en la vastiĝo de la delaminada areo.
Afiŝtempo: 24-a de junio 2019