1 Pendahuluan
Komposit epoksi yang diperkuat serat karbon (CFRP) memiliki banyak keuntungan seperti kepadatan rendah, kekuatan spesifik tinggi, kekakuan spesifik tinggi, ketahanan terhadap kelelahan, ketahanan terhadap korosi dan sifat mekanik yang baik. Ini banyak digunakan dalam kedirgantaraan dan struktur lingkungan yang keras lainnya, panas lembab dan benturan. Pengaruh faktor lingkungan pada material semakin jelas. Dalam beberapa tahun terakhir, para sarjana dalam dan luar negeri telah melakukan sejumlah besar penelitian tentang pengaruh lingkungan panas dan lembab pada komposit CFRP [1] dan dampak benturan pada komposit CFRP. Studi tersebut menemukan bahwa pengaruh lingkungan panas dan lembab pada komposit CFRP meliputi plastisisasi matriks [2, retak [31 dan melemahnya sifat antarmuka serat-matriks [2'3'5], pembengkokan komposit CFRP dengan meningkatnya waktu perlakuan panas basah) Sifat mekanik kinerja [2, sifat geser timbal dan interlaminar [2, 1 dan sifat tarik statis [3'6'7] menunjukkan tren menurun. Woldesenbet dkk. [8,9] mempelajari sifat mekanis impak komposit pada laju regangan tinggi setelah perlakuan panas basah, dan memperoleh bahwa lingkungan panas dan lembap meningkatkan kekuatan impak komposit. Terungkap bahwa penyerapan air bahan komposit dapat meningkatkan sifat mekanis impak bahan dalam kondisi tertentu, yang sangat berbeda dari hasil eksperimen dalam kondisi kuasi-statis. Pekerjaan penelitian utama saat ini adalah efek panas lembap (termasuk perendaman air) pada sifat impak kecepatan rendah komposit matriks resin yang diperkuat serat. Pan Wenge dkk. [10] mempelajari sifat kompresi laminasi komposit fiberglass/epoksi tenun dua dimensi setelah impak kecepatan rendah pada suhu kamar dan dalam kondisi panas dan lembap (perendaman air 65 °C). 4. Laminasi di bawah lingkungan panas dan lembap diperoleh setelah kejutan kecepatan rendah. Kinerja kompresi berkurang secara signifikan. Karasek dkk. [1] mempelajari efek kelembaban dan suhu pada impak komposit grafit/epoksi, dan memperolehnya dalam lingkungan suhu rendah dan suhu kamar. Kelembaban memiliki sedikit efek pada energi awal dan penyerapan energi kerusakan. Yucheng zhong dkk [12,13] melakukan uji benturan kecepatan rendah pada laminasi komposit setelah perlakuan panas basah. Disimpulkan bahwa lingkungan yang panas dan lembap secara signifikan mengurangi kerusakan akibat benturan pada laminasi. Meningkatkan ketahanan benturan laminasi. Krystyna dkk. [14] mempelajari benturan kecepatan rendah komposit serat aramid-kaca/epoksi setelah perlakuan panas basah (perendaman air 70 °C), dan memperoleh area kerusakan akibat benturan yang lebih kecil setelah perlakuan panas basah. Hal ini menyebabkan kerusakan delaminasi di dalam sampel, yang menyerap lebih banyak energi selama benturan dan menghambat pembentukan delaminasi. Dapat dilihat dari atas bahwa pengaruh lingkungan panas lembap pada kerusakan akibat benturan bahan komposit memiliki efek yang mendorong dan efek yang melemahkan. Oleh karena itu, penelitian dan verifikasi lebih lanjut diperlukan. Dalam hal benturan, Mei Zhiyuan dkk [15] mengusulkan dan menetapkan model analisis dinamika penetrasi dua tahap (penetrasi geser dan penetrasi kontinu) dari laminasi komposit yang diperkuat serat di bawah benturan kecepatan tinggi. Guiping Zhao dkk. [16] melakukan tiga jenis kecepatan yang berbeda (kurang dari, sama dengan dan lebih besar dari kecepatan batas balistik) pada kinerja dampak dan kerusakan spesimen setelah tiga jenis laminasi, tetapi tidak melibatkan dampak lingkungan panas lembab pada kerusakan dampak. . Berdasarkan literatur di atas, penelitian terkait tentang dampak lingkungan basah dan panas pada laminasi komposit yang diperkuat serat belum dieksplorasi lebih lanjut. Dalam makalah ini, karakteristik kerusakan dampak laminasi komposit serat karbon/epoksi jenuh panas basah di bawah kondisi penangas air 70 °C dipelajari. Efek lingkungan panas dan lembab pada karakteristik kegagalan dampak komposit dianalisis dengan membandingkan dengan sampel suhu ruang kering. Dalam percobaan, laminasi CFRP dibenturkan pada laminasi CFRP pada 45 m/s, 68 m/s dan 86 m/s. Kecepatan sebelum dan sesudah dampak diukur. Pengaruh lingkungan panas dan lembab pada kinerja penyerapan energi laminasi dianalisis. Pemindaian ultrasonik c-scan digunakan untuk mendeteksi kerusakan internal laminasi, dan pengaruh kecepatan benturan pada area yang retak dianalisis. Mikroskop elektron pemindaian dan sistem mikroskopis tiga dimensi ultra-kedalaman digunakan untuk mengamati karakteristik mesoskopik kerusakan sampel, dan kerusakan sampel dianalisis oleh lingkungan panas yang lembab. Dampak fitur.
2 Bahan dan metode percobaan
2.1 Bahan dan persiapan
Bahan komposit resin epoksi serat karbon (T300/EMl 12), pra-perendaman disediakan oleh Jiangsu Hengshen Co., Ltd., ketebalan pra-perendaman satu lapis 0,137 mm dengan fraksi volume serat 66%. Panel laminasi diletakkan di lantai lapisan. , ukuran 115mm x 115mln. Proses pembentukan tangki pengepres panas digunakan. Diagram proses pengawetan yang disiapkan oleh proses tersebut ditunjukkan pada Gambar 1. Pertama-tama naikkan suhu ruangan ke 80 oC pada laju pemanasan 1 hingga 3 oC/menit, kemudian tetap hangat selama 30 menit, panaskan ke 130 oC pada laju pemanasan 13 oC/menit, tetap hangat pada 120 menit, turunkan ke 600C pada laju pendinginan konstan, lalu hilangkan tekanan dan lepaskan, lalu lepaskan.
2. 2 Perlakuan panas basah
Setelah spesimen disiapkan, sampel tersebut diolah dengan pemanasan basah sesuai dengan spesifikasi HB 7401-96.171 "Metode eksperimental penyerapan air lingkungan panas basah lapisan komposit berbasis resin". Pertama, spesimen ditempatkan dalam ruang pengering termostatik pada suhu 70 derajat C untuk dikeringkan. Penimbangan dilakukan secara teratur menggunakan timbangan hingga kehilangan kualitas spesimen stabil tidak lebih dari 0,02%, nilai yang tercatat saat ini adalah Massa Kering Teknik G. Setelah pengeringan, spesimen ditempatkan dalam air bersuhu 70 derajat C untuk perlakuan pemanasan basah. Menurut spesifikasi HB 7401. Metode yang ditentukan dalam 96 "mengukur kualitas spesimen setiap hari, dicatat sebagai Gi, dan mencatat perubahan penyerapan air Mi. Ekspresi penyerapan air spesimen laminasi CFRP adalah:
Rumusnya dirinci: Mi adalah penyerapan air spesimen, Gi adalah kualitas setelah sampel menyerap air, g, go adalah kualitas keadaan kering dari spesimen rekayasa.
2.3 Eksperimen Dampak
Percobaan tumbukan kecepatan tinggi pada laminasi CFRP dilakukan pada meriam udara kecepatan tinggi dengan diameter 15 mm. Perangkat uji tumbukan kecepatan tinggi (lihat Gambar 2) meliputi senapan angin kecepatan tinggi, perangkat pengukuran kecepatan laser sebelum dan sesudah tumbukan, badan peluru, perlengkapan pemasangan spesimen (sudut kanan atas Gambar 2), dan perangkat pemulihan keselamatan badan peluru. Badan peluru adalah peluru silinder berkepala kerucut (Gambar 2), dan volume peluru adalah 24,32 g dengan diameter 14,32 mm; kecepatan tumbukan adalah 45 m/s (energi tumbukan 46 J), 68 m/s (energi tumbukan 70 J), 86 m/s (energi tumbukan 90 J) tumbukan.
2.4 Deteksi kerusakan spesimen
Setelah terkena benturan, pelat edgout lapisan laminasi komposit epoksi warna serat karbon digunakan untuk mendeteksi kerusakan benturan internal pada pelat laminasi CFRP, dan area proyeksi area kerusakan benturan diukur oleh perangkat lunak analisis gambar UTwim, dan fitur terperinci kerusakan penampang diamati dengan mikroskop elektron pemindaian dan sistem mikroskopis 3D kedalaman ultra.
3 Hasil dan Pembahasan
3.1 Karakteristik penyerapan air spesimen
Total 37,7 hari, rata-rata penyerapan air jenuh adalah 1,780%, dengan laju difusi 6,183x10,7lllnl2/dtk. Kurva penyerapan air spesimen laminasi CFRP ditunjukkan pada Gambar 3. Seperti dapat dilihat dari Gambar 3, laju pertumbuhan awal penyerapan air spesimen bersifat linier, setelah tahap linier, laju pertumbuhan penyerapan air mulai menurun, mencapai tingkat keadaan stabil setelah sekitar 23 hari, dan mencapai saturasi penyerapan air setelah jangka waktu tertentu. Oleh karena itu, penyerapan air spesimen sesuai dengan mode penyerapan air dua tahap: tahap pertama penyerapan air disebabkan oleh aksi gabungan suhu dan kelembaban, uap air melalui material itu sendiri mengandung pori-pori, lubang, retakan dan cacat lainnya menyebar ke bagian dalam material; Difusi air lambat dan secara bertahap mencapai saturasi pada tahap ini.
3. Karakteristik kerusakan nyata dari papan laminasi 2 lapis
Kecepatan tumbukan 86 m/s saat spesimen depan, bagian belakang peta profil kerusakan yang tampak, dengan sampel suhu ruang kering, spesimen saturasi panas basah bentuk kerusakan depan lebih mirip, kedua spesimen dalam benturan, karena retakan pondasi, kerusakannya sepanjang lapisan serat pertama memiliki slip tertentu. Hal ini menyebabkan bagian depan menghasilkan bentuk elips atau persegi panjang, dan selain dapat melihat retakan pada substrat, serat dapat terlihat putus. Dengan sampel suhu ruang kering, sampel saturasi panas basah di bagian belakang kerusakan bentuk dapat dilihat bahwa bagian belakang sepanjang arah benturan memiliki tonjolan tertentu, dan menunjukkan retakan berbentuk silang. Jelas bahwa fraktur serat, retak dasar dan fraktur interlayer (pelapisan) tiga bentuk kerusakan, bagian terakhir dari serat terangkat tetapi tidak putus, hanya pelapisan dan retak serat/dasar. Fraktur serat juga berbeda, seperti yang dapat dilihat dari perbandingan kerusakan depan dan belakang. Bagian depan menyebabkan fraktur serat dan substrat karena kompresi dan geser. Bagian belakang disebabkan oleh peregangan yang menyebabkan serat putus dan melapisi substrat. Gambar 4 adalah kecepatan kejut 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s saat pemindaian kerusakan internal spesimen C. Area yang ditunjukkan oleh garis abu-abu bulat kira-kira l di bagian tengah gambar adalah area proyeksi lubang kerusakan. Garis hitam di atas dan di bawah setiap bagan kecil menunjukkan area untuk area pengelupasan belakang spesimen. Area yang ditandai dengan garis putih pada gambar (b) (d) (f) adalah kerusakan internal pada spesimen di sepanjang batas. Grafik menunjukkan bahwa energi impak meningkat seiring dengan peningkatan kecepatan impak. Pelat laminasi mampu menyerap lebih banyak energi selama impak (lihat Gambar 6 untuk nilai spesifik), menghasilkan peningkatan area proyeksi kerusakan laminasi: dengan membandingkan sampel suhu ruang kering dengan gambar spesimen saturasi panas basah, dapat dilihat bahwa ada kerusakan internal (garis putih) dari spesimen yang dihasilkan di sepanjang batas dalam keadaan saturasi basah-panas spesimen, terutama karena proses penyerapan. Plastisisasi substrat pada pelat laminasi dan melemahnya antarmuka serat-dasar menyebabkan batas memiliki efek tertentu pada pelat laminasi selama proses tumbukan. Menurut gambar, area pengelupasan belakang (garis hitam) spesimen dalam keadaan kering tidak jauh berbeda dari keadaan jenuh panas basah.
3. Fitur destruktif terperinci dari panel 3 lapis
Peta fitur kerusakan penampang pelat sambungan lapisan CFRP, yang diambil oleh sistem mikro 3D ultra-kedalaman dan cermin elektron pemindaian, dengan kecepatan tumbukan 45 m/s, kering dan basah dan panas, menunjukkan bahwa kerusakan spesimen di kedua keadaan tersebut mencakup tiga bentuk kerusakan: fraktur serat, retak dasar dan fraktur interlayer. Namun, dasar kedua spesimen tersebut retak secara berbeda. Retakan substrat dalam keadaan kering retak pada sambungan antara serat dan substrat. Namun, retakan substrat setelah perlakuan panas basah disertai dengan fragmen substrat yang jatuh keluar. Wold-esenbet dan material lain dalam lingkungan basah dan panas dari kinerja tumbukan struktur struktur dan degradasi antarmuka substrat serat ditentukan bersama-sama, dalam lingkungan panas basah, pelat lapisan CFRP di dasar resin mengalami penyerapan sejumlah air, air yang merembes akan menyebabkan substrat resin larut. Serat karbon tidak menyerap, maka harus ada ekspansi basah antara keduanya, perbedaan ini melemahkan antarmuka antara substrat dan serat, mengurangi kekuatan substrat. Ketika mengalami beban benturan, fragmen substrat mudah terlepas, sehingga menghasilkan perbedaan dari antarmuka kerusakan sampel suhu ruang kering. Dari struktur terperinci cermin listrik yang dipindai, dapat dilihat bahwa retakan pada badan pasca-dasar basah dan panas terutama merupakan retakan longgar dari patahan tekan, sedangkan retakan sebelum panas basah terutama getas, dan retakan geser horizontal di antara lapisan lebih jelas. Dari mikroskop optik pada gambar, dapat dilihat bahwa bentuk kerusakan berbeda dalam dua kasus, dan keadaan kering adalah kerusakan per-pemotongan. Untuk memotong kerusakan terutama, setelah panas basah untuk bentuk kerusakan disertai dengan kerusakan berlapis yang signifikan, proporsi kerusakan berlapis diperluas. Hal itu dapat dilihat dari sudut mekanisme kerusakan dan karakteristik penyerapan energi. Mei Zhiyuan mengemukakan dua tahap invasi proyektil: tahap pemotongan dan tahap invasi berkelanjutan. Area A dalam sampel panas basah adalah penghancuran tahap intrusi geser, terutama karena dalam proses tumbukan, pelat pelapisan dikompresi dan digeser pembentukan deformasi penghancuran, area b adalah penghancuran tahap invasi berkelanjutan. Tahap ini terutama disebabkan oleh pengurangan kecepatan intrusi badan peluru di bawah aksi komponen tegangan regangan lapisan berserat, dan energi tersebut terutama diubah menjadi energi regangan regangan serat dan energi fraktur interlayer (l 51), sehingga serat putus el dan serat putus sebelumnya tidak berada dalam garis lurus. Dalam sampel kering, fenomena ini tidak jelas, dan kerusakan pelat lebih serius, pelat lapisan memiliki keadaan retak. 3. 4 Analisis area proyeksi energi penyerapan dan kerusakan lubang Gambar 5 menunjukkan hubungan antara suhu ruang kering dan saturasi panas basah dari kecepatan peluncuran dan kehilangan energi badan, pada kecepatan insiden sekitar 45 m / s, suhu ruang kering peluru semua rebound, jadi tidak ditampilkan dalam gambar. Seperti dapat dilihat dari Gambar 7, saat pengujian dilakukan di bawah saturasi termal basah, kehilangan energi peluru serius, dan kapasitas hisap sampel setelah perlakuan panas basah meningkat.
Gambar 6 adalah diagram grafik dari area proyeksi kecepatan insiden badan peluru dan lubang kerusakan lapisan CFRP (garis abu-abu menandai bagian dari Gambar 4), gambar komprehensif (4), (5), (6) dapat dilihat: (1) dengan peningkatan kecepatan tumbukan, area proyeksi lubang kerusakan lapisan CFRP meningkat; (2) Area proyeksi lubang kerusakan pada sampel dalam suhu ruang kering lebih besar daripada saturasi panas basah; (3) ketika kecepatan tumbukan sekitar 45 m/s, area proyeksi lubang kerusakan pelat laminasi setelah perlakuan panas basah jauh lebih besar daripada area proyeksi lubang kerusakan pelat laminasi dalam keadaan suhu ruang kering. Area proyeksi lubang-l kerusakan sampel saturasi termal basah meningkat sebesar 85,1% dan pada kecepatan kejut sekitar 68 m/s, pelat laminasi dalam keadaan saturasi termal basah meningkat sebesar 18,10%, nilai penyerapan (Gambar 5) meningkat sebesar 15,65%; Pada kecepatan tumbukan sekitar 88 m/s, pelat laminasi dalam keadaan basah dan jenuh termal berkurang sebesar 9,25%, nilai penyerapan masih meningkat sebesar 12,45%.
Berdasarkan hasil penelitian Yucheng Zhong dan produk lainnya, penyerapan air dari bahan komposit yang diperkuat serat karbon meningkatkan batas elastis dan ketahanan benturan pelat laminasi, dan menggabungkan area proyeksi lubang kerusakan spesimen suhu ruang kering dan spesimen saturasi panas basah dalam makalah ini (Gambar 4 dalam garis abu-abu) Diagram hubungan dengan kecepatan insiden badan peluru dan area proyeksi lubang kerusakan lapisan CFRP, dan kerusakan berlapis dari papan penyambung lapisan CFRP dapat dibandingkan ketika kecepatan benturannya sama dan rendah. Area lubang kerusakan spesimen saturasi panas basah relatif besar. Hal ini disebabkan oleh perlakuan panas basah membuat plastisisasi substrat lapisan CFRP, melemahkan antarmuka serat dan substrat dan kinerja interlayer, dalam benturan, keadaan saturasi panas basah dari spesimen ekspansi kerusakan berlapis, proporsi kerusakan meningkat. Berdasarkan percobaan Wu Yixuan dan lainnya, diketahui bahwa energi benturan pada arah perkerasan vertikal sebagian besar diserap oleh substrat resin, kemudian plastisisasi substrat membuat spesimen jenuh basah dan panas menyerap lebih banyak energi selama proses benturan, meningkatkan ketahanan benturan, dan meningkatkan area proyeksi lubang kerusakan; kerusakan laminasi CFRP belum sepenuhnya meluas, benturan telah berakhir, jadi saat kecepatan benturan lebih tinggi, perlakuan panas basah pada area proyeksi kerusakan laminasi CFRP tidak lagi serius, tetapi karena plastisisasi resin substrat, kapasitas penyerapan masih meningkat.
4 Kesimpulan
(1) Dengan peningkatan kecepatan impak, area proyeksi lubang kerusakan laminasi komposit resin epoksi yang diperkuat serat karbon (CFRP) meningkat, dan laju pertumbuhan lubang kerusakan 孑L dalam sampel pada suhu ruang kering lebih tinggi daripada yang di bawah saturasi panas basah. Besar: (2) Ketika kecepatan impak adalah 45 m/s, area proyeksi kerusakan laminasi CFRP dalam keadaan saturasi panas basah meningkat sebesar 85. 11%, ketika kecepatan impak adalah 68 m/s, area proyeksi kerusakan laminasi CFRP dalam keadaan saturasi panas basah meningkat sebesar 18% dibandingkan dengan laminasi CFRP dalam keadaan suhu ruang kering. 10%, kecepatan impak adalah 86m/s. Area proyeksi kerusakan laminasi cFRP jenuh basah berkurang sebesar 9,9% dibandingkan dengan laminasi cFRP suhu ruang kering. 25%; (3) Setelah laminasi cFRP terkena lingkungan panas dan lembab, kinerja interlayer laminasi berkurang, sehingga mengakibatkan perluasan area delaminasi.
Waktu posting: 24-Jun-2019