1 Introductio
Compositum epoxy fibra carbonis firmatum (CFRP) multa commoda habet, ut densitatem humilem, firmitatem specificam magnam, rigiditatem specificam magnam, resistentiam lassitudinis, resistentiam corrosionis, et proprietates mechanicas bonas. Late in structuris aëronauticis aliisque structuris asperis contra ambitum, calore humido et impactu adhibetur. Influentia factorum ambientalium in materias magis magisque manifesta est. Recentibus annis, eruditi domestici et externi magnum numerum studiorum de effectibus ambientis calidi et humidi in compositis CFRP [1] et impactu impactus in compositis CFRP perfecerunt. Studium invenit influxum ambientis calidi et humidi in compositis CFRP includere plasticizationem matricis [2, fissuras [31] et proprietates interfaciei fibrae-matricis debilitatas [2'3'5], flexionem compositi CFRP cum crescente tempore tractationis caloris humidi. Proprietates mechanicae effectus [2, proprietates plumbi et scissionis interlaminaris [2, 1] et proprietates tensiles staticae [3'6'7] inclinationem descendentem ostenderunt. Woldesenbet et al. [8,9] proprietates mechanicas impactus compositorum sub altis ratibus deformationis post tractationem caloris humidi studuerunt, et invenerunt ambitum calidum et humidum firmitatem impactus compositorum auxisse. Revelatum est absorptionem humoris materiarum compositarum proprietates mechanicas impactus materiarum sub certis condicionibus emendare posse, quod ab experimentis sub condicionibus quasi staticis satis differt. Praesens principale opus investigationis est effectus caloris humidi (immersione in aqua inclusa) in proprietates impactus celeritatis lentae compositorum matricis resinae fibris firmatae. Pan Wenge et al. [10] proprietates compressionis laminarum compositarum fibra vitrea/epoxy bidimensionalium textarum post impactum celeritatis lentae temperatura ambiente et sub condicionibus calidis et humidis (immersione in aqua 65°C) investigaverunt. 4. Lamina sub ambiente calido et humido post ictum celeritatis lentae obtinetur. Efficacia compressionis significanter reducitur. Karasek et al. [1] effectus humiditatis et temperaturae in impactum compositorum graphitis/epoxy studuerunt, et eos in ambitu temperaturae humilis et temperaturae ambiente obtinuerunt. Humiditas parum effectum in energiam initialem et absorptionem energiae damni habet. Yucheng zhong et al. [12,13] experimentum impactus celeritatis lentae in laminarum compositarum post tractationem caloris humidi perfecerunt. Concluditur ambitum calidum et humidum damnum impactus laminae significanter reducere. Resistentiam impactus laminarum emendare. Krystyna et al. [14] impetum lentum compositi aramid-fibrae vitreae/epoxy post curationem caloris humidi (immersione in aqua 70°C) investigaverunt, et aream damni impacti minorem post curationem caloris humidi obtinuerunt. Hoc damnum delaminationis intra specimen causat, quod plus energiae durante impactu absorbet et formationem delaminationis inhibet. Ex supradictis videri potest influxum ambientis caloris humidi in damnum impacti materiarum compositarum et effectum promovens et effectum debilitans habere. Quapropter, ulteriores investigationes et verificationes necessariae sunt. Quod ad impactum attinet, Mei Zhiyuan et al. [15] exemplar analysis dynamicae penetrationis bipartitum (penetratio scissoria et penetratio continua) laminarum compositarum fibris firmatarum sub impactu celerrimo proposuerunt et constituerunt. Guiping Zhao et al. [16] tres genera celeritatum diversarum (minorem, aequalem et maiorem quam celeritas limitem ballisticam) in effectu impacti et damno speciminis post tria genera laminarum perfecerunt, sed impulsum ambientis caloris humidi in damnum impacti non implicaverunt. Ex litteris supra dictis, investigatio conexa de impactu ambitus humidi et calidi in laminas compositas fibra firmatas nondum ulterius explorata est. In hoc articulo, proprietates damni impactus laminarum compositarum fibrae carbonis/epoxy calore humido saturatarum sub condicionibus balnei aquae 70°C investigatae sunt. Effectus ambitus calidi et humidi in proprietates fractionis impactus compositarum per comparationem cum exemplaribus temperaturae ambiente siccae analysati sunt. In experimento, laminae CFRP in laminas CFRP impactae sunt 45 m/s, 68 m/s et 86 m/s. Velocitas ante et post impactum mensurata est. Influentia ambitus calidi et humidi in absorptionem energiae laminarum analysata est. C-scan ultrasonicum adhibitum est ad damnum internum laminae detegendum, et influentia velocitatis impactus in aream fractam analysata est. Microscopium electronicum scandens et systema microscopicum tridimensionale ultra-profundum adhibita sunt ad proprietates mesoscopicas damni exempli observandas, et damnum exempli ab ambiente calore humido analysatum est. Impactus proprietatum.
2 Materiae et methodi experimentales
2. 1 Materia et praeparatio
Materia composita resinae epoxydicae fibrae carbonis (T300/EMl 12), praeimmersione praebita a Jiangsu Hengshen Co., Ltd., crassitudine praeimmersionis unius strati 0.137 mm cum fractione voluminis fibrae 66%. Tabula laminata in fundo strati ponitur, magnitudine 115 mm x 115 ml. Processus formationis in cisterna pressionis calidae adhibetur. Diagramma processus curationis per processum paratum in Figura 1 ostenditur. Primo temperatura habitationis a temperatura ambiente ad 80°C cum celeritate calefactionis 1 ad 3°C/min elevatur, deinde calefac per 30 min, calefac ad 130°C cum celeritate calefactionis 113°C/min, calefac per 120 min, reduce ad 60°C.0C constanti refrigerationis celeritate, deinde pressionem remove et remitte, et remitte.
2. 2 Tractatio caloris humidi
Post praeparationem speciminis, specimen secundum specificationem HB 7401-96.171 "Methodus experimentalis absorptionis humiditatis in ambitu calido humido strati compositi resina fundati" tractatum est. Primo, specimen in camera siccatoria thermostatica ad 70 gradus C ponitur ad siccandum. Regulariter ponderatur utens statera donec detrimentum qualitatis speciminis stabile sit non plus quam 0.02%, valor hoc tempore notatus est Massa Sicca Machinalis G. Post siccationem, specimen in aqua ad 70 gradus C ponitur ad tractationem calore humido. Secundum specificationem HB 7401, methodus in 96 specificata "qualitatem speciminis quotidie metitur, notata ut Gi, et mutationem absorptionis humiditatis Mi notat." Expressio absorptionis humiditatis speciminis laminae CFRP est:
Formula haec explicatur: Mi est absorptio humoris a specimine, Gi est qualitas postquam specimen humorem absorpsit, g, go est qualitas status sicci a specimine fabricata.
2. 3 Experimenta Impactus
Experimentum impactus celeris in lamina CFRP peractum est in tormento aereo celerrimo diametro 15 mm. Instrumentum probationis impactus celeris (vide Figuram 2) includit tormentum aereum celerrimum, instrumentum mensurae celeritatis laseris ante et post impactum, corpus globuli, instrumentum installationis speciminis (angulus dexter superior Figurae 2), et instrumentum recuperationis securitatis corporis globuli. Corpus globuli est globus cylindricus capite conico (Figura 2), et volumen globuli est 24.32 g cum diametro 14.32 mm; celeritas impactus est 45 m/s (energia impactus 46 J), 68 m/s (energia impactus 70 J), 86 m/s (energia impactus 90 J) impactus.
2. 4 Detectio damni speciminum
Post affectam impactu, lamina marginalis strati laminati compositi epoxy coloris fibrae carbonis ad damnum impactus internum laminae laminatae CFRP detegendum adhibetur, et area projectionis areae damni impactus per programmate UTwim ad imagines analyzandas metitur, et notae singulares destructionis sectionis transversalis per microscopium electronicum scanning et systema microscopicum tridimensionale ultra-profunditatis campi observantur.
3 Resultata et disputationes
3. 1 Proprietates absorptionis humiditatis speciminum
Per 37.7 dies, media absorptionis humoris saturati est 1.780%, cum diffusionis celeritate 6.183 x 10.7 lllnl²/s. Curva absorptionis humoris exempli laminae CFRP in Figura 3 ostenditur. Ut ex Figura 3 videri potest, initialis celeritas incrementi absorptionis humoris exempli linearis est; post stadium lineare, celeritas incrementi absorptionis humoris decrescere incipit, post circiter 23 dies ad statum stabilem perveniens, et post tempus saturationem absorptionis humoris perveniens. Ergo, absorptio humoris exempli modo absorptionis humoris duorum graduum congruit: primus gradus absorptionis humoris ob actionem coniunctam temperaturae et humiditatis fit; humor per ipsam materiam poros, foramina, rimas, aliaque vitia continet quae ad interiora materiae diffunduntur; diffusio aquae lenta est et gradatim saturationem in hoc stadio pervenit.
3. Proprietates destructionis apparentes tabulae laminatae duplex
Cum frons speciminis et dorsum destructionis apparentis in mappa profili delineationis, ex exemplo temperaturae ambiente sicco et saturationis humidae formam destructionis anterioris speciminis magis similem habet. Duo specimina in impactu, propter fissuras fundamentorum, destructionem secundum primum stratum fibrae quendam lapsum habent. Hoc efficit ut frons formam ellipticam vel rectangularem praebeat, et praeterquam quod fissura in substrato videtur, fibrae etiam franguntur. Ex exemplo temperaturae ambiente sicco et saturationis humidae, in tergo destructae formam videri potest, dorsum secundum directionem impactus prominens et fissuram cruciformem exhibens. Perspicuum est fracturam fibrae, fissuram basis et fracturam inter strata (stratificationem) tres formas destructionis esse: ultima pars fibrae elevata est sed non frangitur, solum stratificatio et fissuras fibrae/basis. Fractura fibrae etiam differt, ut ex comparatione damni frontalis et posterioris videri potest. Frons fracturam fibrae et substrati propter compressionem et tonsuram efficit. Dorsum propter extensionem, quae fibra frangitur et substratum stratificat. Figura 4 celeritatem percussionis 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s ostendit cum laesio interna speciminis C perlustratur. Area indicata linea grisea rotunda fere "l" in centro figurae est area proiecta foraminis laesi. Linea nigra supra et infra singulas tabulas parvas aream areae desquamationis posterioris speciminis indicat. Area linea alba in figura (b) (d) (f) notata est laesio interna specimini secundum limitem. Graphica ostendit energiam percussionis crescere cum celeritas percussionis crescit. Lamina laminata plus energiae absorbere potest durante impactu (vide Figuram 6 pro valoribus specificis), quod efficit ut area projectionis laesionis laminatae crescat: comparando specimen temperaturae cubiculi siccae cum imagine speciminis saturationis humidi-calidi, videri potest laesionem internam (lineam albam) speciminis secundum limitem in statu saturationis humidi-calidi speciminis productam esse, praecipue propter processum absorptionis. Plasticizatio substrati in lamina laminata et debilitatio interfaciei fibrae et basis efficiunt ut limes effectum quendam in laminam laminatam habeat durante processu impactus. Secundum figuram, area detrahendi (linea nigra) speciminis in statu sicco non multum differt a statu saturationis calido-humido.
3. Proprietates destructivae singillatim delineatae tabulae trium stratorum
Tabula damni sectionis transversalis laminae CFRP iuncturae stratorum, a microsystemate tridimensionali ultra-profundo et speculo electronico perlustrante capta, cum celeritate impactus 45 m/s, tam sicco quam humido et calido, ostendit damnum speciminis in utroque statu tres formas destructionis comprehendere: fracturam fibrae, fissuram basis et fracturam interstratum. Sed basis duorum speciminum aliter finditur. Fissura substrati in statu sicco finditur in nexu inter fibram et substratum. Attamen, fissura substrati post tractationem caloris humidi cum fragmentis substrati cadentibus coniungitur. Impetus structurae et interfaciei substrati fibrae in ambitu humido et calido simul degradationem structurae et interfaciei substrati fibrae ex Wold-esenbet aliisque materiis determinat. In ambitu humido calido, lamina CFRP in basi resinae absorptionem certae quantitatis aquae patitur, quae aqua percolans substratum resinae dissolvi faciet. Fibra carbonis non est absorbens, ergo expansio humida inter duas partes esse debet, quae differentia interfaciem inter substratum et fibram debilitat, robur substrati minuit. Cum oneris impactus subicitur, fragmenta substrati facile excidunt, quod discrimen efficit ut interfacies laesionis exempli temperaturae siccae ambiente discrepet. Ex structura accurata speculi electrici perscrutati, videri potest fissuras corporis post-basis humidi et calidi praecipue esse fissuram laxam fracturae preli, dum fissura ante calorem humidum plerumque fragilis est, et fissura horizontalis scissionis inter strata magis manifesta. Ex microscopio optico in figura, videri potest formas destructionis in utroque casu diversas esse, et statum siccum destructionem per-inter-sectionem esse. Ad destructionem scindendam praecipue, post calorem humidum, propter formam destructionis cum significanti destructione stratificata, proportio destructionis stratificatae expandit. Hoc ex mechanismo anguli destructionis et characteristicis absorptionis energiae videri potest. Mei Zhiyuan duos gradus invasionis proiectilis proposuit: gradum scissionis et gradum invasionis continuae. Area A in exemplo humido calido est gradus intrusionis scissionis destructionis, praecipue quia in processu impactus, lamina stratificata comprimitur et scinditur, formationem destructionis deformationis efficiens; area b est gradus invasionis continuae destructionis. Hoc stadium praecipue ob reductionem celeritatis intrusionis corporis globuli sub actione elementi tensionis extensionis strati fibrosi fit, et energia praecipue in energiam deformationis extensionis fibrae et energiam fracturae interstrati (l 51) convertitur, ita ut ruptura fibrae el et ruptura fibrae praecedens non in linea recta sint. In exemplo sicco, hoc phaenomenon non est manifestum, et damnum laminae gravius est, lamina strati statum fissurae habet. 3.4 Energia absorptionis et analysis areae projectionis foraminis damni Figura 5 relationem inter temperaturam cubiculi sicci et saturationem calidam humidam celeritatis emissionis et amissionem energiae corporis ostendit, ad celeritatem incidentis circiter 45 m/s, temperatura cubiculi sicci globuli totum resiliit, ergo in figura non ostenditur. Ut ex Figura 7 videri potest, cum experimentum sub saturatione thermali humida examinatur, amissio energiae globuli gravis est, et capacitas suctionis exempli post tractationem caloris humidi augetur.
Figura 6 diagramma graphicum areae projectionis celeritatis incidentis corporis globuli et foraminis laesi strati CFRP est (linea grisea partem Figurae 4 indicat), figurae comprehensivae (4), (5), (6) videri possunt: (1) cum incremento celeritatis impactus, area projectionis foraminis laesi strati CFRP augetur; (2) Area projectionis foraminis laesi in exemplo in temperatura ambiente sicca maior est quam ea saturationis humidae calidae; (3) cum celeritas impactus est circiter 45 m/s, area projectionis foraminis laesi laminae laminatae post tractationem caloris humidi multo maior est quam area projectionis foraminis laesi laminae laminatae in statu temperaturae ambiente siccae. Area projectionis foraminis L laesi exempli saturationis thermalis humidae 85.1% aucta est, et ad celeritatem impactus circiter 68 m/s, lamina laminata in statu saturationis humidae et thermalis 18.10% aucta est, valor absorptionis (Figura 5) 15.65% auctus est; Celeritate impactus circiter 88 m/s, lamina laminata in statu saturationis humidae et thermalis 9.25% redacta est, valor absorptionis adhuc 12.45% auctus.
Secundum investigationes Yucheng Zhong aliorumque productorum, absorptio humoris in materiis compositis fibra carbonis firmatis limitem elasticitatem et resistentiam impacti laminae laminatae emendat, et aream proiectam foraminis damni exempli temperaturae ambiente siccae et exempli saturationis humidi calidi in hoc articulo coniungit (Figura 4 in linea grisea). Diagramma relationis cum celeritate incidentiae corporis globuli et area projectionis foraminis damni strati CFRP, et damnum stratificatum tabulae iuncturae strati CFRP comparari potest cum celeritas impacti eadem et humilis est. Area foraminis damni exempli saturationis humidi calidi relative magna est. Hoc fit quia tractatio caloris humidi plasticitatem substrati strati CFRP facit, interfaciem fibrae et substrati et actionem interstratum debilitat; in impactu, status saturationis caloris humidi expansionem damni stratificati exempli, proportio damni augetur. Experimentis Wu Yixuan aliisque fretus, constat energiam impactus in directione verticali pavimenti praecipue a substrato resinato absorberi; deinde, propter plasticizationem substrati, specimen saturatum, humidum et calidum, plus energiae in processu impactus absorbere facit, resistentiam impactus auget, et aream projectionis foraminis laesi auget. Cum damnum laminae CFRP nondum plene extensum sit, impetus finitus est: itaque, cum celeritas impactus maior est, tractatio caloris humidi in area projectionis laesae laminae CFRP non iam gravis est, sed propter plasticizationem substrati resinati, capacitas absorptionis adhuc augetur.
Quattuor Conclusiones
(1) Cum incremento velocitatis impactus, area proiecta foraminis damni laminati compositi resinae epoxydicae fibra carbonis firmatae (CFRP) augetur, et celeritas incrementi foraminis damni 孑L in exemplo temperatura ambiente sicca maior est quam sub saturatione caloris humidi. Magnum: (2) Cum velocitas impactus est 45 m/s, area projectionis damni laminati CFRP in statu saturationis caloris humidi augetur 85.11%, cum velocitas impactus est 68 m/s, area projectionis damni laminati CFRP in statu saturationis caloris humidi augetur 18% comparata cum laminato CFRP in statu temperaturae ambiente siccae. 10%, celeritas impactus est 86 m/s. Area projectionis damni laminati cFRP humido-saturati reducitur 9.9% comparata cum laminato cFRP temperaturae ambiente siccae. 25%; (3) Postquam laminatum cFRP ambitu calido et humido afficitur, effectus interstrati laminati reducitur, quod expansionem areae delaminationis efficit.
Tempus publicationis: Iun-XXIV-MMXIX