1 Кіріспе
Көміртекті талшықты күшейтілген эпоксидті композит (CFRP) төмен тығыздық, жоғары меншікті беріктік, жоғары меншікті қаттылық, шаршауға төзімділік, коррозияға төзімділік және жақсы механикалық қасиеттер сияқты көптеген артықшылықтарға ие. Ол аэроғарыштық және басқа да экологиялық қатал құрылымдарда, ылғалды жылу мен соққыларда кеңінен қолданылады. Қоршаған орта факторларының материалдарға әсері барған сайын айқын. Соңғы жылдары отандық және шетелдік ғалымдар ыстық және ылғалды ортаның CFRP композиттеріне әсері [1] және CFRP композиттеріне әсер ету туралы көптеген зерттеулер жүргізді. Зерттеу нәтижесінде CFRP композиттеріне ыстық және ылғалды ортаның әсері матрицаның пластификациясы [2, крекинг [31 және әлсіреген талшық-матрица интерфейсі қасиеттері [2'3'5], ылғалды термиялық өңдеу уақытының ұлғаюымен CFRP композиттік иілісі) өнімділіктің механикалық қасиеттері [2, қорғасын және қабат аралық ығысу қасиеттері [2, 1 және төмендеу тенденциясы] [2, 1'6] тенденциясын көрсетті. Вольдесенбет т.б. [8,9] дымқыл термиялық өңдеуден кейін жоғары деформация жылдамдығы композиттердің әсер ету механикалық қасиеттерін зерттеп, ыстық және ылғалды орта композиттердің соққыға төзімділігін жақсартатынын анықтады. Композиттік материалдардың ылғалды сіңіруі белгілі бір жағдайларда материалдардың әсер ету механикалық қасиеттерін жақсарта алатыны анықталды, бұл квазистатикалық жағдайларда эксперимент нәтижелерінен айтарлықтай ерекшеленеді. Ағымдағы негізгі ғылыми-зерттеу жұмысы ылғалды жылудың (суға батыруды қоса алғанда) талшықты арматураланған шайырлы матрицалық композиттердің төмен жылдамдықты әсер ету қасиеттеріне әсері болып табылады. Pan Wenge et al [10] бөлме температурасында және ыстық және ылғалды жағдайларда (65 °C суға батыру) төмен жылдамдықпен әсер етуден кейін екі өлшемді тоқылған шыны талшықты/эпоксидті композитті ламинаттардың қысу қасиеттерін зерттеді. 4. Ыстық және ылғалды ортаның астындағы ламинат төмен жылдамдықты соққыдан кейін алынады. Қысу өнімділігі айтарлықтай төмендейді. Қарасек және т.б. [1] ылғалдылық пен температураның графит/эпоксидті композиттердің әсеріне әсерін зерттеп, оларды төмен температура мен бөлме температурасы орталарында алды. Ылғалдылық зақымның бастапқы энергиясы мен энергияны сіңіруіне аз әсер етеді. Yucheng zhong және басқалар [12,13] ылғалды термиялық өңдеуден кейін композиттік ламинаттарға төмен жылдамдықты соққы сынағы жасады. Ыстық және ылғалды орта ламинаттың әсер етуінің зақымдалуын айтарлықтай төмендетеді деген қорытындыға келді. Ламинаттардың соққыға төзімділігін арттыру. Кристина және т.б. [14] дымқыл термиялық өңдеуден кейін (70 °C суға батыру) арамидті-әйнек талшығы/эпоксидті композиттің төмен жылдамдықтағы әсерін зерттеді және ылғалды термиялық өңдеуден кейін азырақ соққы зақымдану аймағын алды. Бұл үлгінің ішінде қабаттасудың зақымдалуын тудырады, ол соғу кезінде көбірек энергияны сіңіреді және қабаттасудың пайда болуын тежейді. Ылғалды жылу ортасының композиттік материалдардың әсер ету зақымдалуына ықпал етуші және әлсірету әсері бар екенін жоғарыда көруге болады. Сондықтан қосымша зерттеулер мен тексерулер қажет. Әсер ету тұрғысынан Mei Zhiyuan et al [15] жоғары жылдамдықты әсер ету кезінде талшықты күшейтілген композиттік ламинаттардың екі сатылы (ығысу және үздіксіз ену) ену динамикасын талдау моделін ұсынды және орнатты. Гуипин Чжао және т.б. [16] ламинаттардың үш түрінен кейін үлгінің әсер ету өнімділігі мен зақымдалуына әртүрлі жылдамдықтың үш түрін (баллистикалық шекті жылдамдықтан аз, тең және одан үлкен) жүргізді, бірақ соққы зақымдалуына ылғалды жылу ортасының әсерін қамтымады. . Жоғарыда келтірілген әдебиеттерге сүйене отырып, дымқыл және ыстық ортаның талшықты арматураланған композиттік ламинаттарға әсері туралы тиісті зерттеулер әлі де зерттелуді қажет етеді. Бұл жұмыста 70 °C су моншасы жағдайында ылғалды ыстыққа қаныққан көміртекті талшықты/эпоксидті композиттік ламинаттардың соққы зақымдану сипаттамалары зерттелді. Құрғақ бөлме температурасындағы үлгілермен салыстыру арқылы композиттердің әсер ету бұзылу сипаттамаларына ыстық және ылғалды ортаның әсері талданды. Тәжірибеде CFRP ламинаттары CFRP ламинаттарына 45 м/с, 68 м/с және 86 м/с әсер етті. Соққыға дейінгі және кейінгі жылдамдық өлшенді. Ыстық және ылғалды ортаның ламинаттардың энергияны сіңіру көрсеткіштеріне әсері талданды. Ламинаттың ішкі зақымдалуын анықтау үшін ультрадыбыстық c-сканерлеу қолданылды және сынған аймаққа әсер ету жылдамдығының әсері талданды. Үлгінің зақымдалуының мезоскопиялық сипаттамаларын байқау үшін сканерлеуші электронды микроскоп пен ультра тереңдіктегі үш өлшемді микроскопиялық жүйе пайдаланылды, ал үлгінің зақымдалуы ылғалды жылу ортасымен талданды. Ерекшеліктердің әсері.
2 Эксперименттік материалдар мен әдістер
2. 1 Материал және дайындық
Көміртекті талшықты эпоксидті шайыр (T300/EMl 12) композиттік материал, Jiangsu Hengshen Co., Ltd. ұсынған алдын ала батыру, бір қабатты алдын ала батыру қалыңдығы 0. 137 мм талшықты көлемдік үлесі 66%. Ламинат тақтасы қабаттың еденіне салынады. , өлшемі 115мм x 115млн. Ыстық престеу цистернасының қалыптау процесі қолданылады. Процесс арқылы дайындалған қатаю процесінің диаграммасы 1-суретте көрсетілген. Алдымен үйді бөлме температурасынан 1-ден 3 oС/мин қыздыру жылдамдығымен 80 oС-қа дейін көтеріңіз, содан кейін 30 минут бойы жылы ұстаңыз, l13 oС/мин қыздыру жылдамдығымен 130 oС-қа дейін қыздырыңыз, 120 минутта жылы ұстаңыз, 60 градусқа дейін төмендетіңіз.0C тұрақты салқындату жылдамдығымен, содан кейін қысымды алып тастап, босатыңыз және босатыңыз.
2. 2 Ылғалды термиялық өңдеу
Үлгіні дайындағаннан кейін үлгі HB 7401-96.171 «Шайыр негізіндегі композиттік композициялық қабат ылғалды ыстық ортаның ылғалды сіңіру тәжірибелік әдісі» спецификациясына сәйкес ылғалды жылумен өңдеуден өтті. Алдымен үлгі кептіру үшін термостатикалық кептіру камерасына 70 градус С температурада орналастырылады. Үлгінің сапа жоғалуы 0. 02% аспайтын тұрақты болғанша таразыларды пайдаланып жүйелі түрде өлшеу, бұл уақытта жазылған мән инженерлік құрғақ масса G болып табылады. Кептіруден кейін үлгі ылғалды термиялық өңдеу үшін 70 градус C суға салынады. HB 7401 спецификациясына сәйкес. 96 " тармағында көрсетілген әдіс күн сайын Gi ретінде жазылған үлгінің сапасын өлшейді және ылғал сіңіру Mi өзгерісін жазады. CFRP ламинат үлгісінің ылғалды сіңіру көрінісі:
Формула егжей-тегжейлі сипатталған: Mi - үлгінің ылғалды сіңіруі, Gi - үлгі ылғалды сіңіргеннен кейінгі сапа, g, go - үлгі инженериясының құрғақ күйінің сапасы.
2. 3 Әсер ету эксперименттері
CFRP ламинатындағы жоғары жылдамдықты соққы эксперименті диаметрі 15 мм жоғары жылдамдықты пневматикалық зеңбіректе жүргізілді. Жоғары жылдамдықты соққыны сынау құрылғысы (2-суретті қараңыз) жоғары жылдамдықты пневматикалық пистолетті, соққыға дейін және одан кейінгі лазерлік жылдамдықты өлшеу құрылғысын, оқ корпусын, үлгіні орнату арматурасын (2-суреттің жоғарғы оң жақ бұрышы) және оқ денесінің қауіпсіздігін қалпына келтіру құрылғысын қамтиды. Оқ шанағы конус тәрізді цилиндрлік оқ (2-сурет), ал оқтың көлемі 24,32 г, диаметрі 14,32 мм; соққы жылдамдығы 45 м/с (соққы энергиясы 46 Дж), 68 м/с (соққы энергиясы 70 Дж), 86 м/с (соққы энергиясы 90 Дж) соққы.
2. 4 Үлгілердің зақымдалуын анықтау
Соққы әсерінен кейін көміртекті талшық түсті эпоксидті композитті ламинат қабатының қырлы тақтасы CFRP ламинат тақтасының ішкі соққы зақымдануын анықтау үшін пайдаланылады, ал соққы зақымдану аймағының проекциялық ауданы UTwim кескінді талдау бағдарламалық құралымен өлшенеді, ал көлденең қиманың бұзылуының егжей-тегжейлі ерекшеліктері сканерленген электронды микроскоптың ультра-3D жүйесі арқылы байқалады.
3 Нәтижелер мен талқылаулар
3. 1 Үлгілердің ылғалды сіңіру сипаттамалары
Барлығы 37,7 д, орташа қаныққан ылғалды сіңіру 1,780%, диффузия жылдамдығы 6,183х10. 7llnl2/с. CFRP ламинат үлгісінің ылғалды сіңіру қисығы 3-суретте көрсетілген. 3-суреттен көрініп тұрғандай, үлгінің ылғал сіңіруінің бастапқы өсу жылдамдығы сызықты, сызықтық кезеңнен кейін ылғал сіңіруінің өсу қарқыны төмендей бастайды, шамамен 23 күн сіңіру кезеңінен кейін тұрақты күй деңгейіне жетеді. Демек, үлгінің ылғалды сіңіруі екі сатылы ылғалды сіңіру режиміне сәйкес келеді: ылғалды сіңірудің бірінші кезеңі температура мен ылғалдылықтың бірлескен әрекетіне байланысты, материалдың өзі арқылы ылғалдың құрамында кеуектер, тесіктер, жарықтар және материалдың ішкі жағына таралған басқа ақаулар болады; Бұл кезеңде судың диффузиясы баяу және біртіндеп қанықтылыққа жетеді.
3. 2 қабатты ламинат тақтасының айқын бұзылу сипаттамалары
Соққы жылдамдығы 86 м/с болған кезде үлгінің алдыңғы, көрінетін бұзылу профилінің картасы, құрғақ бөлме температурасындағы үлгі бойынша, ылғалды ыстық қаныққан үлгінің алдыңғы бұзылу пішіні көбірек ұқсайды, соққыдағы екі үлгіде, іргетастың жарықтары салдарынан оның талшықтың бірінші қабаты бойымен бұзылуы белгілі бір сырғанауға ие. Бұл алдыңғы жағы эллиптикалық немесе тікбұрышты пішінді береді және субстраттағы жарықшақты көру мүмкіндігінен басқа, талшықтардың сынғанын көруге болады. Құрғақ бөлме температурасындағы үлгі бойынша, пішіннің бұзылуының артқы жағындағы ылғалды ыстық қанықтыру үлгісінде соққы бағыты бойынша артқы жағында белгілі бір дөңес және крест тәрізді жарықшақ бар екенін көруге болады. Талшықтың сынуы, базалық крекинг және қабат аралық сыну (қабат) бұзылудың үш түрі, талшықтың соңғы бөлігі көтерілгенімен, сынбаған, тек қабаттау және талшық/негіздік крекинг болатыны анық. Талшықтардың сынуы да әртүрлі, оны алдыңғы және артқы зақымдануды салыстырудан көруге болады. Алдыңғы жағы қысу мен ығысу салдарынан талшық пен субстраттың сынуын тудырады. Артқы жағы созылу салдарынан талшықтың бұзылуына және субстратты қабаттасуына байланысты. 4-суретте үлгінің ішкі зақымдануы C сканерленген кездегі соққы жылдамдығы 45 м/с, 68 м/с, 86 м/с. Суреттің ортасында шамамен дөңгелек l сұр сызықпен көрсетілген аумақ зақымдалған тесіктің жобаланған ауданы болып табылады. Әрбір шағын диаграмманың үстіндегі және астындағы қара сызық үлгінің артқы пилинг аймағына арналған аумақты көрсетеді. (b) (d) (f) суретіндегі ақ сызықта белгіленген аймақ шекара бойындағы үлгінің ішкі зақымдалуы болып табылады. График әсер ету жылдамдығы артқан сайын соғу энергиясы арта түсетінін көрсетеді. Ламинатталған пластина соғу кезінде көбірек энергияны сіңіре алады (арнайы мәндер үшін 6-суретті қараңыз), нәтижесінде ламинат зақымдануының проекциясының ауданы ұлғаяды: құрғақ бөлме температурасындағы үлгіні ылғалды ыстық қанықтыру үлгісінің суретімен салыстыра отырып, дымқыл-ыстық қанығу процесіне немесе абсорбциялық спецификацияның негізгі күйіне байланысты шекарада өндірілген үлгінің ішкі зақымдануы (ақ сызық) бар екенін көруге болады. Ламинат пластинасындағы субстраттың пластиктенуі және талшық-негіз интерфейсінің әлсіреуі соққы процесінде шекараның ламинат тақтасына белгілі бір әсерін тигізеді. Суретке сәйкес, құрғақ күйдегі үлгінің артқы пиллинг аймағы (қара сызық) ылғалды ыстық қанықтыру күйінен айтарлықтай ерекшеленбейді.
3. 3 қабатты панельдің егжей-тегжейлі деструктивті ерекшеліктері
Ультра тереңдіктегі 3D микрожүйесі және сканерлеуші электронды айна арқылы алынған, құрғақ және ылғалды және ыстық 45 м/с соққы жылдамдығымен CFRP қабатының түйіспелі пластинасының көлденең қимасының зақымдану картасы екі күйдегі үлгінің зақымдалуы бұзылудың үш түрін қамтитынын көрсетеді: талшық сынуы, негіздің жарылуы және қабат аралық сынуы. Бірақ екі үлгінің негізі басқаша жарылған. Құрғақ күйдегі субстраттың крекингі талшық пен субстрат арасындағы байланыста жарылады. Дегенмен, дымқыл термиялық өңдеуден кейін субстраттың жарылуы субстраттың фрагменттерінің құлауымен бірге жүреді. Уолд-есенбет және басқа да материалдардың ылғалды және ыстық ортада құрылым құрылымының әсер ету өнімділігі мен талшықты субстрат интерфейсінің деградациясы бірлесіп анықталады, ылғалды ыстық ортада, шайыр негізіндегі CFRP қабат тақтайшасы белгілі бір мөлшерде суды сіңіреді, ағып жатқан су шайыр субстратының еруіне әкеледі. Көміртекті талшық сіңірмейді, содан кейін екеуінің арасында ылғалды кеңею болуы керек, бұл айырмашылық субстрат пен талшық арасындағы интерфейсті әлсіретеді, субстраттың беріктігін төмендетеді. Соққы жүктемесіне ұшыраған кезде субстрат фрагменттері оңай түсіп қалады, нәтижесінде құрғақ бөлме температурасындағы үлгінің зақымдану интерфейсінен айырмашылығы болады. Сканерленген электр айнасының егжей-тегжейлі құрылымынан дымқыл және ыстық іргетас корпусының жарылуы негізінен престің үзілуінің борпылдақ жарылуы болып табылатынын көруге болады, ал ылғалды ыстыққа дейінгі крекинг негізінен сынғыш, ал қабаттар арасындағы көлденең ығысу жарықтары айқынырақ. Суреттегі оптикалық микроскоптан екі жағдайда деструкция формалары әртүрлі, ал құрғақ күйі кесу аралық деструкция екенін көруге болады. Негізінен қирауды кесу үшін, ылғалды жылудан кейін айтарлықтай қабаттық бұзылулармен бірге жүретін бұзылу нысаны үшін қабаттық бұзылу үлесі кеңейді. Оны бұзу механизмі және энергияны сіңіру сипаттамалары бұрышынан көруге болады. Мэй Чжиюань снаряд шапқыншылығының екі кезеңін алға тартты: кесу кезеңі және үздіксіз шапқыншылық кезеңі. Ылғалды ыстық үлгідегі А аймағы ығысудың интрузия сатысының бұзылуы болып табылады, негізінен соғу процесінде қабаттасушы пластина сығымдалады және қирау деформациясының пайда болуы кесіледі, b аймағы - үздіксіз инвазия сатысының бұзылуы. Бұл кезең негізінен талшықты қабаттың созылу кернеуінің құрамдас бөлігінің әсерінен оқ денесінің ену жылдамдығының төмендеуіне байланысты, ал энергия негізінен талшықтың созылу деформациясы энергиясына және қабат аралық сыну энергиясына (l 51) айналады, осылайша талшықтың үзілуі el және алдыңғы талшықтың үзілуі түзу сызықта болмайды. Құрғақ үлгіде бұл құбылыс айқын емес, ал пластинаның зақымдалуы аса ауыр, қабат пластинасының крекинг күйі бар. 3. 4 Сіңу энергиясы және зақымдану саңылауының проекция аймағын талдау 5-суретте құрғақ бөлме температурасы мен ұшыру жылдамдығының ылғалды ыстық қанықтығы мен дененің энергия жоғалуы арасындағы қатынас көрсетілген, шамамен 45 м/с оқиға жылдамдығында, оқтың құрғақ бөлме температурасының бәрі қайта көтеріледі, сондықтан суретте көрсетілмеген. 7-суреттен көрініп тұрғандай, сынақ ылғалды термиялық қанықтыру жағдайында сыналған кезде оқ энергиясының жоғалуы елеулі болады, ал ылғалды термиялық өңдеуден кейін үлгінің сору қабілеті артады.
6-суретте оқ денесінің түсу жылдамдығының және CFRP қабатының зақымдану тесігінің (сұр сызық 4-суреттің бір бөлігін белгілейді) проекция аймағының графикалық диаграммасы, толық суретті (4), (5), (6) көруге болады: (1) соққы жылдамдығының жоғарылауымен, CFRP қабатының зақымдану тесігінің проекциясының ауданы артады; қанықтығы; (3) соққы жылдамдығы шамамен 45 м/с болғанда, ылғалды термиялық өңдеуден кейін ламинатталған пластинаның зақымдану тесігінің проекциялық ауданы құрғақ бөлме температурасы жағдайында ламинатталған пластина зақымдану тесігінің проекциялық ауданынан әлдеқайда үлкен болады. Ылғалды термиялық қанықтыру үлгісінің зақымдануы l-тесік проекциясының ауданы 85, 1% өсті және соққы жылдамдығы шамамен 68 м/с, ылғалды және термиялық қаныққан күйде ламинатталған пластина 18, 10% өсті, сіңіру мәні (5-сурет) 15, 65% өсті; Шамамен 88 м/с соғу жылдамдығы кезінде ламинатталған пластина дымқыл және термиялық қаныққан күйде 9,25% төмендеді, сіңіру мәні бұрынғысынша 12,45% өсті.
Yucheng Zhong және басқа өнімдердің зерттеу нәтижелеріне сүйене отырып, көміртекті талшықты құрамдас материалдардың ылғалды сіңіруі ламинат тақтасының серпімділік шегі мен соққыға төзімділігін жақсартады және құрғақ бөлме температурасындағы үлгінің зақымдану тесігінің болжамды аймағын және осы қағаздағы ылғалды ыстық қанықтыру үлгісін біріктіреді (сурет 4-суреттегі инцидент және таңбаша сызығының байланысы) CFRP қабатының зақымдану тесігінің проекциялық аймағын және CFRP қабатының біріктіру тақтасының қабаттық зақымдануын соққы жылдамдығы бірдей және төмен болған кезде салыстыруға болады. Ылғалды ыстық қанықтыру үлгісінің зақымдану аймағы салыстырмалы түрде үлкен. Бұл дымқыл термиялық өңдеу CFRP қабатының субстрат пластификациясын жасайды, талшықты және субстрат интерфейсін және қабат аралық өнімділігін әлсіретеді, әсерде, үлгінің ылғалды жылумен қанығу күйі қабатталған зақымдануды кеңейтеді, зақымдану үлесі өсті. Wu Yixuan және басқа эксперименттерге сүйене отырып, тік төсеу бағытында соққы энергиясы негізінен шайырлы субстратпен жұтылады, содан кейін субстраттың пластиктенуі дымқыл және ыстық қаныққан үлгіні соққы процесі кезінде көбірек энергияны сіңіреді, соққыға төзімділікті жақсартады және зақымдалған тесіктің проекциялық аймағын арттырады; CFRP ламинатының зақымдануы толығымен ұзартылған жоқ, соққы аяқталды, сондықтан соққы жылдамдығы жоғарырақ болғанда, CFRP ламинатының зақымдануының проекциялық аймағындағы ылғалды термиялық өңдеу бұдан былай маңызды емес, бірақ субстрат шайырының пластиктенуіне байланысты сіңіру қабілеті әлі де артады.
4 Қорытынды
(1) Соққы жылдамдығының жоғарылауымен көміртекті талшықты эпоксидті шайыр композиті (CFRP) ламинатының зақымдану тесігінің болжамды ауданы ұлғаяды және құрғақ бөлме температурасында үлгідегі зақымдалған 孑L тесігінің өсу жылдамдығы ылғалды жылумен қанықтыру кезіндегіден жоғары. Үлкен: (2) Соққы жылдамдығы 45 м/с болғанда, CFRP ламинатының ылғалды жылу қанықтыру күйіндегі зақымдану аймағы 85. 11%, соққы жылдамдығы 68 м/с болғанда, CFRP ламинатының ылғалды жылумен қанықтыру күйіндегі зақымдану проекциясының ауданы құрғақ температура бөлмесіндегі C1F8% ламинатпен салыстырғанда артады. 10%, соққы жылдамдығы 86 м/с. Суланған-қаныққан cFRP ламинатының зақымдану аймағы құрғақ бөлме температурасындағы cFRP ламинатымен салыстырғанда 9,9%-ға азаяды. 25%; (3) cFRP ламинатына ыстық және ылғалды орта әсер еткеннен кейін, ламинаттың қабат аралық өнімділігі төмендейді, нәтижесінде қабаттарды жою аймағы кеңейеді.
Жіберу уақыты: 24 маусым 2019 ж