1 Ynlieding
Koalstoffiberfersterke epoxykomposit (CFRP) hat in protte foardielen lykas lege tichtheid, hege spesifike sterkte, hege spesifike stivens, wurgensresistinsje, korrosjeresistinsje en goede meganyske eigenskippen. It wurdt in soad brûkt yn 'e loftfeart en oare miljeufreonlike struktueren, fochtige waarmte en ynfloed. De ynfloed fan miljeufaktoaren op materialen wurdt hieltyd dúdliker. Yn 'e lêste jierren hawwe binnen- en bûtenlânske wittenskippers in grut oantal stúdzjes útfierd oer de effekten fan in waarme en fochtige omjouwing op CFRP-kompositen [1] en de ynfloed fan ynfloed op CFRP-kompositen. De stúdzje fûn dat de ynfloed fan in waarme en fochtige omjouwing op CFRP-kompositen plastifisearring fan 'e matrix omfettet [2, barsten [31 en ferswakke glêstried-matrix-ynterface-eigenskippen [2'3'5], CFRP-kompositbûging mei tanimmende wiete waarmtebehannelingstiid]. De meganyske eigenskippen fan 'e prestaasjes [2, lead- en ynterlaminêre skuoreigenskippen [2, 1 en statyske treksterkte [3'6'7] lieten in delgeande trend sjen. Woldesenbet et al. [8,9] bestudearren de ynfloedmeganyske eigenskippen fan kompositen by hege spanningssnelheden nei wiete waarmtebehanneling, en fûnen dat de waarme en fochtige omjouwing de ynfloedsterkte fan 'e kompositen ferbettere. It is oantoand dat de fochtopname fan gearstalde materialen de meganyske ynfloedeigenskippen fan materialen ûnder bepaalde omstannichheden kin ferbetterje, wat frij oars is as de eksperimintele resultaten ûnder quasi-statyske omstannichheden. It hjoeddeiske wichtichste ûndersykswurk is it effekt fan fochtige waarmte (ynklusyf wetterûnderdompeling) op 'e ynfloedeigenskippen mei lege snelheid fan glêstriedfersterke harsmatrixkompositen. Pan Wenge et al [10] bestudearren de kompresjeeigenskippen fan twadiminsjonale woven glêstried/epoxykompositlaminaten nei ynfloed mei lege snelheid by keamertemperatuer en ûnder waarme en fochtige omstannichheden (65 °C wetterûnderdompeling). 4. It laminaat ûnder de waarme en fochtige omjouwing wurdt krigen nei in skok mei lege snelheid. De kompresjeprestaasjes wurde signifikant fermindere. Karasek et al. [1] bestudearren de effekten fan fochtigens en temperatuer op 'e ynfloed fan grafyt/epoxykompositen, en krigen se yn omjouwings mei lege temperatuer en keamertemperatuer. Fochtigens hat in lyts effekt op 'e earste enerzjy en enerzjyopname fan 'e skea. Yucheng zhong et al [12,13] fierden in ynfloedstest mei lege snelheid út op gearstalde laminaten nei wiete waarmtebehanneling. De konklúzje is dat de waarme en fochtige omjouwing de ynfloedskea fan it laminaat signifikant ferminderet. Ferbetterje de ynfloedresistinsje fan laminaten. Krystyna et al. [14] bestudearren de ynfloed by lege snelheid fan aramide-glêsfezel/epoxy-komposit nei wiete waarmtebehanneling (70 °C wetterûnderdompeling), en krigen in lytser gebiet troch ynfloedskea nei wiete waarmtebehanneling. Dit feroarsaket delaminaasjeskea yn it stekproef, dat mear enerzjy absorbearret tidens ynfloed en de foarming fan delaminaasje remt. Ut it boppesteande kin sjoen wurde dat de ynfloed fan in fochtige waarmte-omjouwing op 'e ynfloedskea fan kompositmaterialen in befoarderjend effekt en in ferswakkend effekt hat. Dêrom is fierder ûndersyk en ferifikaasje nedich. Wat ynfloed oanbelanget, hawwe Mei Zhiyuan et al. [15] in twa-faze (skuorpenetraasje en trochgeande penetraasje) penetraasjedynamika-analysemodel fan glêstriedfersterke kompositlaminaten ûnder ynfloed by hege snelheid foarsteld en fêststeld. Guiping Zhao et al. [16] fierden trije soarten ferskillende snelheden (minder as, gelyk oan en grutter as de ballistyske limytsnelheid) út op 'e ynfloedprestaasjes en skea fan it stekproef nei trije soarten laminaten, mar hawwe de ynfloed fan 'e fochtige waarmte-omjouwing op 'e ynfloedskea net meirekkene. Op basis fan 'e boppesteande literatuer moat it relatearre ûndersyk nei de ynfloed fan 'e wiete en waarme omjouwing op 'e glêstriedfersterke kompositlaminaten noch fierder ûndersocht wurde. Yn dit artikel waarden de skaaimerken fan 'e ynfloedskea fan wiete waarmte-ferzadigde koalstofvezel/epoxy-kompositlaminaten ûnder wetterbadomstannichheden fan 70 °C bestudearre. De effekten fan in waarme en fochtige omjouwing op 'e ynfloedskea-skaaimerken fan kompositen waarden analysearre troch fergeliking mei droege keamertemperatuermonsters. Yn it eksperimint waarden de CFRP-laminaten rekke op 'e CFRP-laminaten mei 45 m/s, 68 m/s en 86 m/s. De snelheid foar en nei de ynfloed waard metten. De ynfloed fan 'e waarme en fochtige omjouwing op 'e enerzjy-absorpsjeprestaasjes fan 'e laminaten waard analysearre. Ultrasone c-scan waard brûkt om de ynterne skea fan it laminaat te detektearjen, en de ynfloed fan 'e ynfloedsnelheid op it brutsen gebiet waard analysearre. De scanelektronenmikroskoop en it ultra-djipte-djipte trijediminsjonale mikroskopyske systeem waarden brûkt om de mesoskopyske skaaimerken fan 'e skea oan it stekproef te observearjen, en de skea oan it stekproef waard analysearre troch de fochtige waarmteomjouwing. De ynfloed fan funksjes.
2 Eksperimintele materialen en metoaden
2. 1 Materiaal en tarieding
Koalstoffiber epoxyhars (T300/EMl 12) gearstald materiaal, foarûnderdompeling levere troch Jiangsu Hengshen Co., Ltd., ienlaach foarûnderdompelingsdikte fan 0.137 mm mei in fezelvolumefraksje fan 66%. It laminaatpaniel wurdt lein op 'e boaiem fan' e laach, grutte 115 mm x 115 mln. It foarmingsproses fan in hjitteperstank wurdt brûkt. It úthardingsprosesdiagram dat troch it proses taret is, wurdt werjûn yn figuer 1. Ferheegje earst de wentetemperatuer fan keamertemperatuer nei 80 °C mei in ferwaarmingssnelheid fan 1 oant 3 °C/min, hâld dan waarm foar 30 minuten, ferwaarmje nei 130 °C mei in ferwaarmingssnelheid fan 113 °C/min, hâld waarm foar 120 minuten, ferminderje nei 600C mei in konstante koelsnelheid, en dan de druk fuortsmite en frijlitte, en frijlitte.
2. 2 Wiete waarmtebehanneling
Nei de tarieding fan it stekproef waard it stekproef wiet-waarmtebehannele neffens de spesifikaasje HB 7401-96.171 "Hars-basearre komposit kompositlaach wiet-waarme omjouwing fochtabsorpsje eksperimintele metoade". Earst wurdt it stekproef yn in thermostatyske droechkeamer pleatst by 70 graden C om te droegjen. Regelmjittich weage mei in weegskaal oant it kwaliteitsferlies fan it stekproef stabyl is op net mear as 0,02%, de registrearre wearde op dit stuit is Engineering Dry Mass G. Nei it droegjen wurdt it stekproef yn 70 graden C wetter pleatst foar wiete waarmtebehanneling. Neffens de spesifikaasje HB 7401. De metoade spesifisearre yn 96 "mjit de kwaliteit fan it stekproef elke dei, registrearre as Gi, en registrearret de feroaring fan fochtabsorpsje Mi. De fochtabsorpsje-ekspresje fan it CFRP-laminaateksperimint is:
De formule is detaillearre: Mi is de fochtopname fan it stekproef, Gi is de kwaliteit nei't it stekproef focht opnomd hat, g, go is de droege steatkwaliteit fan 'e stekproeftechnyk.
2. 3 Ynfloedeksperiminten
It hege-snelheid-ynslacheksperimint op it CFRP-laminaat waard útfierd op in hege-snelheid-luchtkanon mei in diameter fan 15 mm. It hege-snelheid-ynslachtestapparaat (sjoch figuer 2) omfettet in hege-snelheid-luchtgewear, in lasersnelheidsmjittingsapparaat foar en nei de ynslach, in kûgellichem, in ynstallaasjebefestiging foar it eksimplaar (rjochtsboppehoeke fan figuer 2), en in feilichheidsherstelapparaat foar it kûgellichem. It kûgellichem is in kegelfoarmige silindryske kûgel (figuer 2), en it folume fan 'e kûgel is 24,32 g mei in diameter fan 14,32 mm; de ynslachsnelheid is 45 m/s (ynslachenerzjy 46 J), 68 m/s (ynslachenerzjy 70 J), 86 m/s (ynslachenerzjy 90 J) ynslach.
2. 4 Skeadeteksje fan eksimplaren
Nei't it beynfloede is troch de ynfloed, wurdt de râneplaat fan 'e koalstoffiberkleurepoxykompositkompositlaminaatlaach brûkt om de ynterne ynfloedskea fan 'e CFRP-laminaatplaat te detektearjen, en it projeksjegebiet fan it ynfloedskeagebiet wurdt metten troch de ôfbyldingsanalysesoftware UTwim, en de detaillearre skaaimerken fan 'e dwerssnitferneatiging wurde waarnommen troch in skennende elektronenmikroskoop en in ultra-djiptefjild 3D-mikroskopysk systeem.
3 Resultaten en diskusjes
3. 1 Fochtigensopname-eigenskippen fan eksimplaren
In totaal fan 37,7 dagen, it gemiddelde fan verzadigde fochtopname is 1,780%, mei in diffúzjesnelheid fan 6,183x10,7lllnl2/s. De fochtopnamekromme fan it CFRP-laminaateksimplaar wurdt werjûn yn figuer 3. Lykas te sjen is yn figuer 3, is de earste groeisnelheid fan 'e fochtopname fan it eksimplaar lineêr, nei de lineêre faze begjint de groeisnelheid fan 'e fochtopname te sakjen, en berikt in stabile tastân nei sawat 23 dagen, en berikt fochtopnamesaturaasje nei in perioade fan tiid. Dêrom komt de fochtopname fan it eksimplaar oerien mei de twa-faze fochtopnamemodus: de earste faze fan fochtopname is te tankjen oan 'e mienskiplike aksje fan temperatuer en fochtigens, focht troch it materiaal sels befettet poaren, gatten, barsten en oare defekten dy't ferspriede nei de binnenkant fan it materiaal; De wetterdiffúzje is stadich en berikt stadichoan sêding yn dit stadium.
3. De skynbere ferneatigingskarakteristiken fan 'e 2-laachse laminaatboerd
De ynfloedsnelheid fan 86 m/s by it stekproef op 'e foarkant en efterkant is dúdlik te sjen op in kaart fan it ferneatigjen fan 'e foarkant. Troch de barsten yn 'e basis en it wiete, waarme sêding fan it stekproef liket de foarm fan 'e ferneatiging fan 'e foarkant fan it stekproef mear op 'e foarm fan 'e ferneatiging fan 'e twa stekproeven. Troch barsten yn 'e basis en it brekken fan 'e fezels lâns de earste laach fan 'e fezels is te sjen dat de ferneatiging fan 'e foarm oan 'e efterkant fan it stekproef yn 'e rjochting fan 'e ympakt in bepaalde bult hat en in krúsfoarmige barst foarmet. It is dúdlik dat der trije foarmen fan ferneatiging binne tusken de fezels: brekken yn 'e basis en brekken yn 'e tuskenlaach (laachfoarming). It lêste diel fan 'e fezels wurdt opheft, mar net brutsen, allinnich laachfoarming en brekken yn 'e fezels/basis. De brekken yn 'e fezels binne ek oars, lykas te sjen is oan 'e fergeliking fan 'e skea oan 'e foar- en efterkant. De foarkant feroarsaket de brekking fan 'e fezels en it substraat troch kompresje en skuorjen. De efterkant wurdt feroarsake troch útrekken en brekt de fezels en laachfoarming fan it substraat. Figuer 4 is in skoksnelheid fan 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s as it stekproef ynterne skea C scant. It gebiet oanjûn troch de ungefear rûne grize line yn it midden fan 'e figuer is it projektearre gebiet fan it skeagat. De swarte line boppe en ûnder elke lytse kaart jout it gebiet oan foar it efterste peelinggebiet fan it stekproef. It gebiet markearre yn 'e wite line yn figuer (b) (d) (f) is de ynterne skea oan it stekproef lâns de grins. De grafyk lit sjen dat de ympaktenerzjy tanimt as de snelheid fan 'e ympakt tanimt. De laminearre plaat is yn steat om mear enerzjy te absorbearjen tidens de ympakt (sjoch figuer 6 foar spesifike wearden), wat resulteart yn in tanimmend gebiet fan laminaatskeaprojeksje: troch it droege keamertemperatuerstest te fergelykjen mei de ôfbylding fan it wiete waarme sêdingstest, kin sjoen wurde dat der ynterne skea (wite line) fan it stekproef produsearre is lâns de grins yn 'e wiet-waarme sêdingstest fan it stekproef, benammen troch it absorpsjeproses. De plastifisearring fan it substraat yn 'e laminaatplaat en de ferswakking fan 'e ynterface tusken glêstried en basis soargje derfoar dat de grins in bepaald effekt hat op 'e laminaatplaat tidens it ynslachproses. Neffens de figuer is it efterste peelinggebiet (swarte line) fan it eksimplaar yn in droege steat net folle oars as de wiete, hjitte sêdingsteat.
3. De detaillearre destruktive skaaimerken fan it 3-laachspaniel
De kaart fan 'e skea-eigenskippen fan 'e dwerssnit fan 'e CFRP-laachferbiningsplaat, makke troch it ultra-djipte 3D-mikrosysteem en de scan-elektronenspegel, mei in ynfloedsnelheid fan 45 m/s, droech en wiet en hjit, lit sjen dat de skea oan it eksimplaar yn beide steaten trije foarmen fan ferneatiging omfettet: fezelbreuk, basisbreuk en tuskenlaachbreuk. Mar de basis fan 'e twa eksimplaren is oars barst. It barsten fan it substraat yn in droege steat is barst by de ferbining tusken de fezels en it substraat. It barsten fan it substraat nei wiete waarmtebehanneling giet lykwols mank mei it útfallen fan fragminten fan it substraat. Wold-esenbet en oare materialen yn 'e wiete en hjitte omjouwing fan 'e ynfloedprestaasjes fan' e struktuer fan 'e struktuer en degradaasje fan it fezelsubstraat-ynterface wurde mienskiplik bepaald. Yn 'e wiete hjitte omjouwing ûnderfynt de CFRP-laachplaat yn' e harsbasis absorpsje fan in bepaalde hoemannichte wetter, sipeljend wetter sil feroarsaakje dat it harsubstraat oplost. Koalstofvezel is net absorberend, dan moat der wiete útwreiding wêze tusken de twa, dit ferskil ferswakket de ynterface tusken it substraat en de fezels, ferminderet de sterkte fan it substraat. As se ûnderwurpen wurde oan 'e ynfloedlast, falle de substraatfragminen maklik út, wat resulteart yn in ferskil mei de skea-ynterface fan it droege keamertemperatuermonster. Ut 'e detaillearre struktuer fan' e gescande elektryske spegel kin sjoen wurde dat it kraken fan it wiete en waarme post-basislichem benammen it losse kraken fan 'e parsebrekken is, wylst it kraken foar de wiete waarmte benammen bros is, en de horizontale skuorbarst tusken de lagen dúdliker is. Ut 'e optyske mikroskoop yn' e figuer kin sjoen wurde dat de ferneatigingsfoarmen yn 'e twa gefallen ferskillend binne, en de droege steat is ferneatiging per-tusken-snijden. Om de ferneatiging benammen te snijen, nei wiete waarmte foar de foarm fan ferneatiging begelaat troch wichtige laachferneatiging, wreidet it oandiel fan laachferneatiging út. Dit kin sjoen wurde út 'e hoeke fan ferneatigingsmeganisme en enerzjy-absorpsjekarakteristiken. Mei Zhiyuan sette twa stadia fan 'e projektylynvaazje nei foaren: de snijfaze en de trochgeande ynvaazjefaze. It A-gebiet yn it wiete waarme monster is de ferneatiging fan 'e skuorynvaazjefaze, benammen om't yn it ynslachproses de laachplaat komprimearre en skuord wurdt, wêrtroch't de ferneatigingsdeformaasje ûntstiet, it b-gebiet is de ferneatiging fan 'e trochgeande ynvaazjefaze. Dizze faze is benammen te tankjen oan 'e fermindering fan 'e yntruzjesnelheid fan it kûgellichem ûnder ynfloed fan 'e rekspanningskomponint fan 'e fezellaach, en de enerzjy wurdt benammen omset yn 'e rekspanningsenerzjy fan 'e fezels en de tuskenlaachbrekenerzjy (l 51), sadat de fezelbrekken el en de foargeande fezelbrekken net yn in rjochte line lizze. Yn it droege stekproef is dit ferskynsel net dúdlik, en de skea oan 'e plaat is earnstiger, de laachplaat hat in barsttastân. 3. 4 Absorpsje-enerzjy en analyze fan it skeagatprojeksjegebiet Figuer 5 lit de relaasje sjen tusken droege keamertemperatuer en wiete waarme sêding fan 'e lansearsnelheid en enerzjyferlies fan it lichem, by in ynfalsnelheid fan sawat 45 m/s, komt de droege keamertemperatuer fan 'e kûgel allegear werom, dus net werjûn yn 'e figuer. Lykas te sjen is yn figuer 7, as de test wurdt hifke ûnder wiete termyske sêding, is it enerzjyferlies fan 'e kûgel serieus, en nimt de sûchkapasiteit fan it stekproef nei de wiete waarmtebehanneling ta.
Figuer 6 is in grafysk diagram fan it projeksjegebiet fan 'e ynfalsnelheid fan 'e kûgel en it skeagat fan 'e CFRP-laach (de grize line markearret in diel fan Figuer 4), wiidweidige figuer (4), (5), (6) binne te sjen: (1) mei de tanimming fan 'e ynfloedsnelheid nimt it projeksjegebiet fan it skeagat fan 'e CFRP-laach ta; (2) It projeksjegebiet fan it skeagat yn it stekproef by droege keamertemperatuer is grutter as dat fan wiete waarmte-saturaasje; (3) as de ynfloedsnelheid sawat 45 m/s is, is it projeksjegebiet fan it skeagat fan 'e laminearre plaat nei wiete waarmtebehanneling folle grutter as it projeksjegebiet fan it skeagat fan 'e laminearre plaat yn 'e droege keamertemperatuersteat. It projeksjegebiet fan it L-gat fan it wiete termyske saturaasje-steatproef naam ta mei 85,1% en by in skoksnelheid fan sawat 68 m/s naam de laminearre plaat yn in wiete en termyske saturaasjesteat ta mei 18,10%, de absorpsjewearde (Figuer 5) naam ta mei 15,65%; By in ympaktsnelheid fan sawat 88 m/s waard de laminearre plaat yn 'e wiete en termyske sêdingssteat mei 9,25% fermindere, de absorpsjewearde naam noch altyd mei 12,45% ta.
Op basis fan 'e ûndersyksresultaten fan Yucheng Zhong en oare produkten ferbetteret de fochtopname fan koalstofvezelfersterke kompositmaterialen de elastyske limyt en de ynfloedresistinsje fan 'e laminaatplaat, en kombinearret it projektearre gebiet fan it skeagat fan it droege keamertemperatuereksimplaar en it wiete waarme sêdingeksimplaar yn dit papier (figuer 4 yn 'e grize line). It relaasjediagram mei de ynfalsnelheid fan 'e kûgel-lichem en it projeksjegebiet fan it skeagat fan 'e CFRP-laach, en de laachskea fan 'e CFRP-laachferbiningsplaat kin wurde fergelike as de ynfloedsnelheid itselde en leech is. It skeagatgebiet fan it wiete waarme sêdingeksimplaar is relatyf grut. Dit komt trochdat de wiete waarmtebehanneling it CFRP-laachsubstraat plastifiseart, de ynterface tusken fezels en substraat ferswakket en de prestaasjes fan 'e tuskenlaach, en by de ynfloed nimt de wiete waarmte-sêdingsteat fan it eksimplaar út ta, wêrtroch't de laachskea fan it eksimplaar útwreidet en de skea fergruttet. Op basis fan Wu Yixuan en oare eksperiminten witte wy dat de ynfloedsenerzjy yn 'e fertikale bestratingrjochting benammen opnommen wurdt troch it harssubstraat, wêrnei't de plastisearring fan it substraat derfoar soarget dat it wiete en hjitte sêdingsmonster mear enerzjy opnimt tidens it ympaktproses, de ympaktresistinsje ferbetteret en it projeksjegebiet fan it skeagat fergruttet; de skea oan it CFRP-laminaat is net folslein útwreide, de ympakt is foarby, dus as de ympaktsnelheid heger is, is de wiete waarmtebehanneling op it projeksjegebiet fan it skea oan it CFRP-laminaat net langer serieus, mar troch de plastisearring fan it harssubstraat wurdt de absorpsjekapasiteit noch altyd ferhege.
4 Konklúzjes
(1) Mei de tanimming fan 'e ynfloedsnelheid nimt it projektearre gebiet fan it skeagat fan koalstofvezelfersterke epoxyharskomposit (CFRP) laminaat ta, en de groeisnelheid fan it skeagat yn it stekproef is by droege keamertemperatuer heger as dy ûnder wiete waarmtesaturaasje. Grut: (2) As de ynfloedsnelheid 45 m/s is, wurdt it skeaprojeksjegebiet fan it CFRP-laminaat yn 'e wiete waarmtesaturaasjetastân mei 85,11% ferhege, as de ynfloedsnelheid 68 m/s is, wurdt it skeaprojeksjegebiet fan it CFRP-laminaat yn 'e wiete waarmtesaturaasjetastân mei 18% ferhege yn ferliking mei it CFRP-laminaat yn 'e droege keamertemperatuertastân. By 10% is de ynfloedsnelheid 86 m/s. It wiet-ferzadigde cFRP-laminaatskeaprojeksjegebiet wurdt mei 9,9% fermindere yn ferliking mei it droege keamertemperatuer cFRP-laminaat. By 25%; (3) Nei't it cFRP-laminaat beynfloede wurdt troch de waarme en fochtige omjouwing, wurdt de tuskenlaachprestaasje fan it laminaat fermindere, wat resulteart yn 'e útwreiding fan it delaminaasjegebiet.
Berjochttiid: 24 juny 2019