1 Pengenalan
Komposit epoksi bertetulang gentian karbon (CFRP) mempunyai banyak kelebihan seperti ketumpatan rendah, kekuatan spesifik tinggi, kekakuan spesifik tinggi, rintangan keletihan, rintangan kakisan dan sifat mekanikal yang baik. Ia digunakan secara meluas dalam aeroangkasa dan struktur lain yang keras terhadap alam sekitar, haba lembap dan kesan. Pengaruh faktor persekitaran terhadap bahan semakin ketara. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, sarjana dalam dan luar negara telah menjalankan sejumlah besar kajian tentang kesan persekitaran panas dan lembap ke atas komposit CFRP [1] dan kesan kesan ke atas komposit CFRP. Kajian mendapati bahawa pengaruh persekitaran panas dan lembap ke atas komposit CFRP termasuk pemplastikan matriks [2, keretakan [31 dan sifat antara muka gentian-matriks yang lemah [2'3'5], lenturan komposit CFRP dengan peningkatan masa rawatan haba basah) Sifat mekanikal prestasi [2, ciri ricih plumbum dan interlaminar [2, 1 dan sifat tegangan a'6'7] menurun [3]. Woldesenbet et al. [8,9] mengkaji sifat mekanikal impak komposit pada kadar terikan yang tinggi selepas rawatan haba basah, dan memperoleh bahawa persekitaran panas dan lembap meningkatkan kekuatan impak komposit. Didedahkan bahawa penyerapan lembapan bahan komposit boleh meningkatkan kesan sifat mekanikal bahan di bawah keadaan tertentu, yang agak berbeza daripada keputusan eksperimen di bawah keadaan separa statik. Kerja penyelidikan utama semasa ialah kesan haba lembap (termasuk rendaman air) pada sifat impak halaju rendah komposit matriks resin bertetulang gentian. Pan Wenge et al [10] mengkaji sifat mampatan laminat komposit gentian kaca/epoksi tenunan dua dimensi selepas hentaman kelajuan rendah pada suhu bilik dan di bawah keadaan panas dan lembap (65 °C rendaman air). 4. Laminat di bawah persekitaran yang panas dan lembap diperolehi selepas kejutan kelajuan rendah. Prestasi mampatan berkurangan dengan ketara. Karasek et al. [1] mengkaji kesan kelembapan dan suhu ke atas kesan komposit grafit/epoksi, dan memperolehnya dalam persekitaran suhu rendah dan suhu bilik. Kelembapan mempunyai sedikit kesan pada tenaga awal dan penyerapan tenaga kerosakan. Yucheng zhong et al [12,13] melakukan ujian impak berkelajuan rendah pada lamina komposit selepas rawatan haba basah. Disimpulkan bahawa persekitaran yang panas dan lembap dengan ketara mengurangkan kerosakan kesan lamina. Meningkatkan rintangan hentaman lamina. Krystyna et al. [14] mengkaji kesan kelajuan rendah gentian kaca aramid/komposit epoksi selepas rawatan haba basah (perendaman air 70 °C), dan memperoleh kawasan kerosakan kesan yang lebih kecil selepas rawatan haba basah. Ini menyebabkan kerosakan delaminasi di dalam sampel, yang menyerap lebih banyak tenaga semasa hentaman dan menghalang pembentukan delaminasi. Ia boleh dilihat daripada di atas bahawa pengaruh persekitaran haba lembap terhadap kesan kerosakan bahan komposit mempunyai kesan menggalakkan dan kesan melemahkan. Oleh itu, penyelidikan dan pengesahan lanjut diperlukan. Dari segi impak, Mei Zhiyuan et al [15] mencadangkan dan menubuhkan model analisis dinamik penembusan dua peringkat (penembusan ricih dan penembusan berterusan) bagi lamina komposit bertetulang gentian di bawah hentaman berkelajuan tinggi. Guiping Zhao et al. [16] menjalankan tiga jenis kelajuan yang berbeza (kurang daripada, sama dengan dan lebih besar daripada kelajuan had balistik) pada prestasi hentaman dan kerosakan spesimen selepas tiga jenis lamina, tetapi tidak melibatkan kesan persekitaran haba lembap pada kerosakan hentaman. . Berdasarkan literatur di atas, penyelidikan berkaitan tentang kesan persekitaran basah dan panas ke atas lamina komposit bertetulang gentian masih belum diterokai dengan lebih lanjut. Dalam kertas ini, ciri-ciri kerosakan impak gentian karbon tepu haba basah/lamina komposit epoksi di bawah keadaan mandi air 70 °C telah dikaji. Kesan persekitaran panas dan lembap pada ciri-ciri kegagalan impak komposit telah dianalisis dengan perbandingan dengan sampel suhu bilik kering. Dalam eksperimen, lamina CFRP telah terjejas pada lamina CFRP pada 45 m/s, 68 m/s dan 86 m/s. Halaju sebelum dan selepas hentaman diukur. Pengaruh persekitaran panas dan lembap ke atas prestasi penyerapan tenaga lamina telah dianalisis. C-scan ultrasonik digunakan untuk mengesan kerosakan dalaman lamina, dan pengaruh halaju impak pada kawasan patah telah dianalisis. Mikroskop elektron pengimbasan dan sistem mikroskopik tiga dimensi ultra-depth-depth digunakan untuk memerhatikan ciri mesoskopik kerosakan sampel, dan kerosakan sampel dianalisis oleh persekitaran haba lembap. Kesan ciri.
2 Bahan dan kaedah eksperimen
2. 1 Bahan dan penyediaan
Bahan komposit resin epoksi gentian karbon (T300/EMl 12), pra-rendam disediakan oleh Jiangsu Hengshen Co., Ltd., ketebalan pra-rendam satu lapisan 0. 137 mm dengan pecahan isipadu gentian sebanyak 66%. Panel lamina diletakkan di atas lantai lapisan. , saiz 115mm x 115mln. Proses pembentukan tangki penekan panas digunakan. Gambar rajah proses pengawetan yang disediakan oleh proses ditunjukkan dalam Rajah 1. Mula-mula naikkan kediaman dari suhu bilik kepada 80 oC pada kadar pemanasan 1 hingga 3 oC/min, kemudian panaskan selama 30 minit, panaskan hingga 130 oC pada kadar pemanasan l13 oC/min, panaskan pada 120 min, kurangkan kepada 600C pada kadar penyejukan yang berterusan, dan kemudian keluarkan tekanan dan lepaskan, dan lepaskan.
2. 2 Rawatan haba basah
Selepas penyediaan spesimen, sampel telah dirawat dengan haba basah mengikut spesifikasi HB 7401-96.171 "Kaedah eksperimen penyerapan lembapan persekitaran panas basah berasaskan resin". Pertama, spesimen diletakkan di dalam ruang pengeringan termostatik pada 70 darjah C untuk kering. Menimbang secara berkala menggunakan neraca sehingga kehilangan kualiti spesimen stabil tidak melebihi 0. 02%, nilai yang direkodkan pada masa ini ialah Jisim Kering Kejuruteraan G. Selepas pengeringan, spesimen diletakkan dalam 70 darjah C air untuk rawatan haba basah. Mengikut spesifikasi HB 7401. Kaedah yang dinyatakan dalam 96 "mengukur kualiti spesimen setiap hari, direkodkan sebagai Gi, dan merekodkan perubahan penyerapan lembapan Mi. Ekspresi penyerapan lembapan spesimen laminat CFRP ialah:
Formula terperinci: Mi ialah penyerapan lembapan spesimen, Gi ialah kualiti selepas sampel menyerap lembapan, g, go ialah kualiti keadaan kering bagi kejuruteraan spesimen.
2. 3 Eksperimen Kesan
Eksperimen hentaman berkelajuan tinggi pada lamina CFRP telah dijalankan pada meriam udara berkelajuan tinggi dengan diameter 15 mm. Peranti ujian hentaman berkelajuan tinggi (lihat Rajah 2) termasuk pistol udara berkelajuan tinggi, peranti pengukuran kelajuan laser sebelum dan selepas hentaman, badan peluru, lekapan pemasangan spesimen (sudut kanan atas Rajah 2) dan peranti pemulihan keselamatan badan peluru. Badan peluru ialah peluru silinder berkepala kon (Rajah 2), dan isipadu peluru ialah 24. 32 g dengan diameter 14. 32 mm; kelajuan hentaman ialah 45 m/s (tenaga impak 46 J), 68 m/s (tenaga impak 70 J), 86 m/s (tenaga impak 90 J) hentaman.
2. 4 Pengesanan kerosakan spesimen
Selepas terjejas oleh hentaman, plat edgout lapisan lamina komposit komposit epoksi warna gentian karbon digunakan untuk mengesan kerosakan hentaman dalaman plat lamina CFRP, dan kawasan unjuran kawasan kerosakan hentaman diukur oleh perisian analisis imej UTwim, dan ciri terperinci kemusnahan keratan rentas diperhatikan dengan mengimbas mikroskop elektron ultra-3D bagi medan sistem.
3 Keputusan dan perbincangan
3. 1 Ciri-ciri penyerapan lembapan spesimen
Sejumlah 37. 7 d, purata penyerapan lembapan tepu ialah 1. 780%, dengan kadar resapan 6. 183x10. 7lllnl2/s. Keluk penyerapan lembapan spesimen laminat CFRP ditunjukkan dalam Rajah 3. Seperti yang dapat dilihat daripada Rajah 3, kadar pertumbuhan awal penyerapan lembapan spesimen adalah linear, selepas peringkat linear, kadar pertumbuhan penyerapan lembapan mula menurun, mencapai tahap keadaan tepu23 d, dan mencapai tahap keadaan tepu23 d yang stabil masa. Oleh itu, penyerapan lembapan spesimen mematuhi mod penyerapan lembapan dua peringkat: peringkat pertama penyerapan lembapan adalah disebabkan oleh tindakan bersama suhu dan kelembapan, lembapan melalui bahan itu sendiri mengandungi liang, lubang, retak dan kecacatan lain yang merebak ke bahagian dalam bahan; Resapan air adalah perlahan dan secara beransur-ansur mencapai ketepuan pada peringkat ini.
3. Ciri-ciri kemusnahan yang ketara pada papan lamina 2 lapisan
Kelajuan impak 86 m/s apabila hadapan spesimen, belakang peta profil kemusnahan jelas, oleh sampel suhu bilik kering, basah tepu panas spesimen depan bentuk pemusnahan adalah lebih seperti, kedua-dua spesimen dalam kesan, disebabkan oleh retak asas, kemusnahannya di sepanjang lapisan pertama gentian mempunyai slip tertentu. Ini menyebabkan bahagian hadapan menghasilkan bentuk elips atau segi empat tepat, dan selain dapat melihat rekahan pada substrat, gentian boleh dilihat pecah. Dengan sampel suhu bilik kering, sampel tepu panas basah di belakang pemusnahan bentuk boleh dilihat bahawa belakang sepanjang arah hentaman mempunyai bonjolan tertentu, dan membentangkan retak berbentuk salib. Jelaslah bahawa patah gentian, rekahan asas dan patah interlayer (lapisan) tiga bentuk kemusnahan, bahagian terakhir gentian diangkat tetapi tidak pecah, hanya berlapis dan retak gentian/dasar. Fraktur gentian juga berbeza, seperti yang dapat dilihat dari perbandingan kerosakan depan dan belakang. Bahagian hadapan menyebabkan patah gentian dan substrat akibat mampatan dan ricih. Bahagian belakang disebabkan regangan menyebabkan gentian pecah dan melapisi substrat. Rajah 4 ialah kelajuan kejutan 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s apabila kerosakan dalaman spesimen C mengimbas. Kawasan yang ditunjukkan oleh anggaran garis kelabu bulat l di tengah rajah ialah kawasan unjuran lubang kerosakan. Garis hitam di atas dan di bawah setiap carta kecil menunjukkan kawasan untuk kawasan pengelupasan belakang spesimen. Kawasan yang ditanda dalam garis putih dalam rajah (b) (d) (f) ialah kerosakan dalaman pada spesimen di sepanjang sempadan. Graf menunjukkan bahawa tenaga hentaman bertambah apabila kelajuan hentaman bertambah. Plat berlamina mampu menyerap lebih banyak tenaga semasa hentaman (lihat Rajah 6 untuk nilai tertentu), mengakibatkan peningkatan luas unjuran kerosakan lamina: dengan membandingkan sampel suhu bilik kering dengan gambar spesimen tepu panas basah, dapat dilihat bahawa terdapat kerosakan dalaman (garisan putih) spesimen yang dihasilkan di sepanjang sempadan dalam keadaan tepu basah-panas, terutamanya dalam keadaan tepu basah-panas. Pemplastikan substrat dalam plat lamina dan kelemahan antara muka asas gentian menyebabkan sempadan mempunyai kesan tertentu pada plat lamina semasa proses hentaman. Mengikut rajah, kawasan pengelupasan belakang (garis hitam) spesimen dalam keadaan kering tidak jauh berbeza dengan keadaan tepu panas basah.
3. Ciri pemusnah terperinci panel 3 lapisan
Peta ciri kerosakan keratan rentas plat sambungan lapisan CFRP, yang diambil oleh mikrosistem 3D ultra-depth dan cermin elektron pengimbasan, dengan kelajuan hentaman 45 m/s, kering dan basah dan panas, menunjukkan bahawa kerosakan spesimen di kedua-dua negeri termasuk tiga bentuk pemusnahan: patah gentian, rekahan asas dan patah interlayer. Tetapi asas kedua-dua spesimen retak secara berbeza. Keretakan substrat dalam keadaan kering retak pada sambungan antara gentian dan substrat. Walau bagaimanapun, keretakan substrat selepas rawatan haba basah disertai dengan serpihan substrat yang jatuh. Wold-esenbet dan bahan-bahan lain dalam persekitaran basah dan panas prestasi kesan struktur struktur dan degradasi antara muka substrat gentian ditentukan bersama, dalam persekitaran panas basah, plat lapisan CFRP dalam asas resin mengalami penyerapan sejumlah air, air yang meresap akan menyebabkan substrat resin larut. Serat karbon tidak menyerap, maka mesti ada pengembangan basah antara kedua-duanya, perbezaan ini melemahkan antara muka antara substrat dan serat, mengurangkan kekuatan substrat. Apabila tertakluk kepada beban hentaman, serpihan substrat mudah tercicir, mengakibatkan perbezaan daripada antara muka kerosakan sampel suhu bilik kering. Daripada struktur terperinci cermin elektrik yang diimbas, dapat dilihat bahawa keretakan badan pasca asas yang basah dan panas adalah terutamanya keretakan longgar pecah akhbar, manakala keretakan sebelum haba basah terutamanya rapuh, dan retakan ricih mendatar di antara lapisan lebih jelas. Daripada mikroskop optik dalam rajah, dapat dilihat bahawa bentuk pemusnahan adalah berbeza dalam kedua-dua kes, dan keadaan kering adalah pemusnahan per-antara-pemotongan. Untuk mengurangkan kemusnahan terutamanya, selepas haba basah untuk bentuk kemusnahan disertai dengan kemusnahan berlapis yang ketara, bahagian kemusnahan berlapis berkembang. Ia boleh dilihat dari sudut mekanisme pemusnahan dan ciri-ciri penyerapan tenaga. Mei Zhiyuan mengemukakan dua peringkat pencerobohan peluru: peringkat pemotongan dan peringkat pencerobohan berterusan. Kawasan A dalam sampel panas basah adalah pemusnahan peringkat pencerobohan ricih, terutamanya kerana dalam proses hentaman, plat lapisan dimampatkan dan ricih pembentukan ubah bentuk pemusnahan, kawasan b adalah pemusnahan peringkat pencerobohan berterusan. Peringkat ini terutamanya disebabkan oleh pengurangan kelajuan pencerobohan badan peluru di bawah tindakan komponen tegasan regangan lapisan berserabut, dan tenaga terutamanya ditukar kepada tenaga ketegangan regangan gentian dan tenaga patah interlayer (l 51), supaya pemecahan gentian el dan pemecahan gentian sebelumnya tidak berada dalam garis lurus. Dalam sampel kering, fenomena ini tidak jelas, dan kerosakan plat lebih serius, plat lapisan mempunyai keadaan retak. 3. 4 Analisis kawasan unjuran tenaga serapan dan lubang kerosakan Rajah 5 menunjukkan hubungan antara suhu bilik kering dan tepu panas basah kelajuan pelancaran dan kehilangan tenaga badan, pada kelajuan kejadian kira-kira 45 m/s, suhu bilik kering peluru semua melantun, jadi tidak ditunjukkan dalam rajah. Seperti yang dapat dilihat dari Rajah 7, apabila ujian diuji di bawah ketepuan haba basah, kehilangan tenaga peluru adalah serius, dan kapasiti sedutan sampel selepas rawatan haba basah meningkat.
Rajah 6 ialah gambarajah graf bagi kawasan unjuran kelajuan insiden badan peluru dan lubang kerosakan lapisan CFRP (garisan kelabu menandakan sebahagian daripada Rajah 4), rajah komprehensif (4), (5), (6) boleh dilihat: (1) dengan peningkatan kelajuan hentaman, kawasan unjuran lubang kerosakan lapisan CFRP meningkat ;(2) Kawasan unjuran suhu bilik kering yang lebih besar adalah lebih besar daripada suhu unjuran bilik kering bagi sampel. ketepuan; (3) apabila kelajuan hentaman adalah kira-kira 45 m/s, kawasan unjuran lubang kerosakan plat berlamina selepas rawatan haba basah adalah lebih besar daripada kawasan unjuran lubang kerosakan plat berlamina dalam keadaan suhu bilik kering. Kerosakan sampel tepu haba basah kawasan unjuran lubang l meningkat sebanyak 85. 1% dan pada kelajuan kejutan kira-kira 68 m/s, plat berlamina dalam keadaan tepu basah dan terma meningkat sebanyak 18. 10%, nilai penyerapan (Rajah 5) meningkat sebanyak 15. 65%; Pada kelajuan hentaman kira-kira 88 m/s, plat berlapis dalam keadaan tepu basah dan terma dikurangkan sebanyak 9. 25%, nilai penyerapan masih meningkat sebanyak 12. 45%.
Berdasarkan hasil penyelidikan Yucheng Zhong dan produk lain, penyerapan lembapan bahan komposit bertetulang gentian karbon meningkatkan had keanjalan dan rintangan hentaman plat lamina, dan menggabungkan kawasan unjuran lubang kerosakan spesimen suhu bilik kering dan spesimen tepu panas basah dalam kertas ini (Rajah 4 dalam garisan rajah peluru dan kelajuan projek) lubang kerosakan lapisan CFRP, dan kerosakan berlapis papan penyambung lapisan CFRP boleh dibandingkan apabila kelajuan hentaman adalah sama dan rendah. Kawasan lubang kerosakan spesimen tepu panas basah agak besar. Ini adalah disebabkan oleh rawatan haba basah membuat CFRP lapisan substrat plasticization, lemah gentian dan antara muka substrat dan prestasi interlayer, dalam kesan, keadaan tepu haba basah spesimen pengembangan kerosakan berlapis, bahagian kerosakan meningkat. Berdasarkan Wu Yixuan dan eksperimen lain mengetahui bahawa tenaga hentaman dalam arah penurapan menegak terutamanya diserap oleh substrat resin, maka pemplastikan substrat menjadikan spesimen tepu basah dan panas menyerap lebih banyak tenaga semasa proses hentaman, meningkatkan rintangan hentaman, dan meningkatkan kawasan unjuran lubang kerosakan; Kerosakan lamina CFRP belum dilanjutkan sepenuhnya, impak telah berakhir, jadi apabila kelajuan impak lebih tinggi, rawatan haba basah pada kawasan unjuran kerosakan lamina CFRP tidak lagi serius, tetapi disebabkan pengplastikan resin substrat, kapasiti penyerapan masih meningkat.
4 Kesimpulan
(1) Dengan peningkatan halaju hentaman, kawasan unjuran lubang kerosakan laminat komposit resin epoksi bertetulang gentian karbon (CFRP) meningkat, dan kadar pertumbuhan lubang 孑L kerosakan dalam sampel pada suhu bilik kering adalah lebih tinggi daripada di bawah tepu haba basah. Besar: (2) Apabila halaju hentaman ialah 45 m/s, kawasan unjuran kerosakan laminat CFRP dalam keadaan tepu haba basah dinaikkan sebanyak 85. 11%, apabila halaju hentaman ialah 68 m/s, kawasan unjuran kerosakan laminat CFRP dalam keadaan tepu haba basah dinaikkan sebanyak 18% pada suhu bilik CFRP berbanding dengan laminat bilik kering. 10%, kelajuan hentaman ialah 86m / s. Kawasan unjuran kerosakan lamina cFRP tepu basah dikurangkan sebanyak 9.9% berbanding dengan lamina cFRP suhu bilik kering. 25%; (3) Selepas lamina cFRP dipengaruhi oleh persekitaran panas dan lembap, prestasi interlayer lamina dikurangkan, mengakibatkan pengembangan kawasan delaminasi.
Masa siaran: Jun-24-2019