1 Hyrje
Kompoziti epoksi i përforcuar me fibra karboni (CFRP) ka shumë përparësi, të tilla si dendësi e ulët, rezistencë e lartë specifike, ngurtësi e lartë specifike, rezistencë ndaj lodhjes, rezistencë ndaj korrozionit dhe veti të mira mekanike. Përdoret gjerësisht në hapësirën ajrore dhe struktura të tjera të ashpra ndaj mjedisit, nxehtësisë së lagësht dhe goditjes. Ndikimi i faktorëve mjedisorë në materiale është gjithnjë e më i dukshëm. Në vitet e fundit, studiues vendas dhe të huaj kanë kryer një numër të madh studimesh mbi efektet e mjedisit të nxehtë dhe të lagësht në kompozitët CFRP [1] dhe ndikimin e goditjes në kompozitët CFRP. Studimi zbuloi se ndikimi i mjedisit të nxehtë dhe të lagësht në kompozitët CFRP përfshin plastifikimin e matricës [2, çarje [31 dhe vetitë e dobësuara të ndërfaqes fibër-matricë [2'3'5], përkuljen e kompozitit CFRP me rritjen e kohës së trajtimit të nxehtësisë së lagësht). Vetitë mekanike të performancës [2, vetitë e prerjes së plumbit dhe ndërshtresave [2, 1 dhe vetitë statike të tërheqjes [3'6'7] treguan një trend në rënie. Woldesenbet et al. [8,9] studioi vetitë mekanike të impaktit të kompozitëve në shkallë të lartë të deformimit pas trajtimit me nxehtësi të lagësht dhe arriti në përfundimin se mjedisi i nxehtë dhe i lagësht përmirësoi rezistencën ndaj impaktit të kompozitëve. Është zbuluar se thithja e lagështisë së materialeve kompozite mund të përmirësojë vetitë mekanike të impaktit të materialeve në kushte të caktuara, gjë që është mjaft e ndryshme nga rezultatet eksperimentale në kushte kuazi-statike. Puna kryesore kërkimore aktuale është efekti i nxehtësisë së lagësht (përfshirë zhytjen në ujë) në vetitë e impaktit me shpejtësi të ulët të kompozitëve me matricë rrëshire të përforcuar me fibra. Pan Wenge et al. [10] studioi vetitë e kompresimit të laminateve kompozite dy-dimensionale të endura me fibra qelqi/epoksi pas impaktit me shpejtësi të ulët në temperaturën e dhomës dhe në kushte të nxehta dhe të lagështa (zhytje në ujë 65 °C). 4. Laminati në mjedisin e nxehtë dhe të lagësht merret pas goditjes me shpejtësi të ulët. Performanca e kompresimit zvogëlohet ndjeshëm. Karasek et al. [1] studioi efektet e lagështisë dhe temperaturës në ndikimin e kompozitëve grafit/epoksi dhe i mori ato në mjedise me temperaturë të ulët dhe temperaturë dhome. Lagështia ka pak efekt në energjinë fillestare dhe thithjen e energjisë së dëmtimit. Yucheng zhong et al. [12,13] kryen një provë impakti me shpejtësi të ulët në laminat kompozitë pas trajtimit me nxehtësi të lagësht. Konkludohet se mjedisi i nxehtë dhe i lagësht zvogëlon ndjeshëm dëmtimin e impaktit të laminatit. Përmirëson rezistencën ndaj impaktit të laminateve. Krystyna et al. [14] studiuan ndikimin me shpejtësi të ulët të kompozitit aramid-fibër qelqi/epoksi pas trajtimit me nxehtësi të lagësht (zhytje në ujë 70 °C), dhe morën një zonë më të vogël dëmtimi nga impakti pas trajtimit me nxehtësi të lagësht. Kjo shkakton dëmtim të delaminimit brenda mostrës, e cila thith më shumë energji gjatë impaktit dhe pengon formimin e delaminimit. Nga sa më sipër mund të shihet se ndikimi i mjedisit me nxehtësi të lagësht në dëmtimin nga impakti të materialeve kompozite ka një efekt nxitës dhe një efekt dobësues. Prandaj, nevojiten kërkime dhe verifikime të mëtejshme. Sa i përket impaktit, Mei Zhiyuan et al. [15] propozuan dhe krijuan një model analize dinamike të depërtimit me dy faza (depërtim prerës dhe depërtim i vazhdueshëm) të laminateve kompozite të përforcuara me fibra nën impaktin me shpejtësi të lartë. Guiping Zhao et al. [16] kreu tre lloje shpejtësish të ndryshme (më të vogla, të barabarta dhe më të mëdha se shpejtësia kufitare balistike) në performancën e impaktit dhe dëmtimin e mostrës pas tre llojeve të laminateve, por nuk përfshiu ndikimin e mjedisit të nxehtësisë me lagështi në dëmtimin e impaktit. Bazuar në literaturën e mësipërme, hulumtimi përkatës mbi ndikimin e mjedisit të lagësht dhe të nxehtë në laminatet kompozite të përforcuara me fibra ende nuk është eksploruar më tej. Në këtë punim, u studiuan karakteristikat e dëmtimit nga impakti të laminateve kompozite me fibra karboni/epoksi të ngopura me nxehtësi të lagësht në kushte banje uji 70 °C. Efektet e mjedisit të nxehtë dhe të lagësht në karakteristikat e dështimit nga impakti të kompoziteve u analizuan duke krahasuar me mostrat e temperaturës së dhomës së thatë. Në eksperiment, laminatet CFRP u goditën në laminatet CFRP me 45 m/s, 68 m/s dhe 86 m/s. U mat shpejtësia para dhe pas impaktit. U analizua ndikimi i mjedisit të nxehtë dhe të lagësht në performancën e thithjes së energjisë së laminateve. Skanimi ultrasonik C u përdor për të zbuluar dëmtimin e brendshëm të laminatit dhe u analizua ndikimi i shpejtësisë së impaktit në zonën e thyer. Mikroskopi elektronik skanues dhe sistemi mikroskopik tredimensional ultra-thellësi-thellësi u përdorën për të vëzhguar karakteristikat mezoskopike të dëmtimit të mostrës dhe dëmtimi i mostrës u analizua nga mjedisi i lagësht i nxehtësisë. Ndikimi i karakteristikave.
2 Materiale dhe metoda eksperimentale
2. 1 Materiali dhe përgatitja
Material kompozit prej rrëshire epoksi me fibra karboni (T300/EMl 12), para-zhytje e ofruar nga Jiangsu Hengshen Co., Ltd., trashësi para-zhytjeje me një shtresë prej 0.137 mm me një fraksion vëllimor të fibrave prej 66%. Paneli i laminuar vendoset në dyshemenë e shtresës. , madhësia 115 mm x 115 mln. Përdoret procesi i formimit të rezervuarit me pres të nxehtë. Diagrami i procesit të tharjes i përgatitur nga procesi është treguar në Figurën 1. Së pari, ngrini temperaturën e banesës nga temperatura e dhomës në 80 oC me një shpejtësi ngrohjeje prej 1 deri në 3 oC/min, pastaj mbajeni të ngrohtë për 30 minuta, ngroheni në 130 oC me një shpejtësi ngrohjeje prej 113 oC/min, mbajeni të ngrohtë në 120 minuta, uleni në 60.0C me një shpejtësi konstante ftohjeje, dhe pastaj hiqni presionin dhe lironi, dhe lironi.
2. 2 Trajtim i lagësht termik
Pas përgatitjes së mostrës, mostra iu nënshtrua trajtimit termik të lagësht në përputhje me specifikimin HB 7401-96.171 "Metoda eksperimentale e thithjes së lagështisë në shtresë kompozite me bazë rrëshire në mjedis të lagësht dhe të nxehtë". Së pari, mostra vendoset në një dhomë tharjeje termostatike në 70 gradë C për t'u tharë. Duke peshuar rregullisht duke përdorur peshore derisa humbja e cilësisë së mostrës të jetë e qëndrueshme në jo më shumë se 0.02%, vlera e regjistruar në këtë kohë është Masa e Tharë Inxhinierike G. Pas tharjes, mostra vendoset në ujë në 70 gradë C për trajtim termik të lagësht. Sipas specifikimit HB 7401. Metoda e specifikuar në 96 "mat cilësinë e mostrës çdo ditë, të regjistruar si Gi, dhe regjistron ndryshimin e thithjes së lagështisë Mi. Shprehja e thithjes së lagështisë së mostrës së laminuar CFRP është:
Formula është e detajuar: Mi është thithja e lagështirës së mostrës, Gi është cilësia pasi mostra thith lagështinë, g, go është cilësia e gjendjes së thatë të inxhinierisë së mostrës.
2. 3 Eksperimente me Impaktin
Eksperimenti i impaktit me shpejtësi të lartë në laminatin CFRP u krye në një top ajri me shpejtësi të lartë me një diametër prej 15 mm. Pajisja e testimit të impaktit me shpejtësi të lartë (shih Figurën 2) përfshin pistoletë ajri me shpejtësi të lartë, pajisje matëse të shpejtësisë me lazer para dhe pas impaktit, trupin e plumbit, pajisjen e instalimit të mostrës (këndi i sipërm djathtas i Figurës 2) dhe pajisjen e rikuperimit të sigurisë së trupit të plumbit. Trupi i plumbit është një plumb cilindrik me kokë konike (Figura 2) dhe vëllimi i plumbit është 24.32 g me një diametër prej 14.32 mm; shpejtësia e impaktit është 45 m/s (energjia e impaktit 46 J), 68 m/s (energjia e impaktit 70 J), 86 m/s (energjia e impaktit 90 J) impakti.
2. 4 Zbulimi i dëmtimit të mostrave
Pasi preket nga impakti, pllaka e shtresës së laminuar kompozite epoksi me ngjyrë fibre karboni përdoret për të zbuluar dëmtimin e brendshëm të impaktit të pllakës së laminuar CFRP, dhe zona e projeksionit të zonës së dëmtimit të impaktit matet nga softueri i analizës së imazhit UTwim, dhe karakteristikat e detajuara të shkatërrimit të prerjes tërthore vëzhgohen nga mikroskopi elektronik skanues dhe sistemi mikroskopik 3D me thellësi ultra të thellë.
3 Rezultate dhe diskutime
3. 1 Karakteristikat e thithjes së lagështisë së mostrave
Një total prej 37.7 ditësh, mesatarja e thithjes së lagështisë së ngopur është 1.780%, me një shkallë difuzioni prej 6.183x10.7lllnl2/s. Kurba e thithjes së lagështisë së mostrës së petëzuar CFRP është treguar në Figurën 3. Siç mund të shihet nga Figura 3, shkalla fillestare e rritjes së thithjes së lagështisë së mostrës është lineare, pas fazës lineare, shkalla e rritjes së thithjes së lagështisë fillon të bjerë, duke arritur një nivel të qëndrueshëm pas rreth 23 ditësh, dhe duke arritur ngopjen e thithjes së lagështisë pas një periudhe kohore. Prandaj, thithja e lagështisë së mostrës përputhet me mënyrën e thithjes së lagështisë me dy faza: faza e parë e thithjes së lagështisë është për shkak të veprimit të përbashkët të temperaturës dhe lagështisë, lagështia përmes vetë materialit përmban pore, vrima, çarje dhe defekte të tjera që përhapen në brendësi të materialit; Difuzioni i ujit është i ngadaltë dhe gradualisht arrin ngopjen në këtë fazë.
3. Karakteristikat e dukshme të shkatërrimit të pllakës së laminuar me 2 shtresa
Shpejtësia e impaktit është 86 m/s kur mostra në pjesën e përparme dhe të pasme të profilit të shkatërrimit të dukshëm, nga mostra në temperaturë dhome të thatë, mostra e lagësht dhe e nxehtë e ngopjes ka një formë shkatërrimi më të ngjashme, dy mostrat në goditje, për shkak të çarjeve në themel, shkatërrimi i tyre përgjatë shtresës së parë të fibrave ka një rrëshqitje të caktuar. Kjo bën që pjesa e përparme të marrë një formë eliptike ose drejtkëndëshe, dhe përveç që është në gjendje të shihet çarja në substrat, fibrat mund të shihen të thyhen. Nga mostra në temperaturë dhome të thatë, mostra e lagësht dhe e nxehtë e ngopjes në pjesën e pasme të shkatërrimit të formës, mund të shihet se pjesa e pasme përgjatë drejtimit të impaktit ka një fryrje të caktuar, dhe paraqet një çarje në formë kryqi. Është e qartë se fraktura e fibrave, plasaritja e bazës dhe fraktura e ndërmjetme (shtresëzimi) janë tre forma të shkatërrimit, pjesa e fundit e fibrave është ngritur por jo e thyer, vetëm shtresa dhe plasaritje fibrash/bazash. Thyerja e fibrave është gjithashtu e ndryshme, siç mund të shihet nga krahasimi i dëmtimit ballor dhe të pasmë. Pjesa e përparme shkakton thyerje të fibrave dhe substratit për shkak të kompresimit dhe prerjes. Pjesa e pasme është për shkak të shtrirjes që shkakton thyerjen e fibrave dhe shtresëzimin e substratit. Figura 4 tregon një shpejtësi goditjeje prej 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s kur dëmtimi i brendshëm i mostrës skanohet C. Zona e treguar nga vija e përafërt gri e rrumbullakët l në qendër të figurës është zona e projektuar e vrimës së dëmtuar. Vija e zezë sipër dhe poshtë çdo grafiku të vogël tregon zonën për zonën e zhveshjes së mostrës. Zona e shënuar në vijën e bardhë në figurën (b) (d) (f) është dëmtimi i brendshëm i mostrës përgjatë kufirit. Grafiku tregon se energjia e goditjes rritet me rritjen e shpejtësisë së goditjes. Pllaka e laminuar është në gjendje të thithë më shumë energji gjatë goditjes (shih Figurën 6 për vlera specifike), duke rezultuar në një zonë në rritje të projeksionit të dëmtimit të petëzuar: duke krahasuar mostrën e temperaturës së dhomës së thatë me figurën e mostrës së ngopjes së lagësht të nxehtë, mund të shihet se ka dëmtim të brendshëm (vijë e bardhë) të mostrës të prodhuar përgjatë kufirit në gjendjen e ngopjes së lagësht-të nxehtë të mostrës, kryesisht për shkak të procesit të thithjes. Plastifikimi i substratit në pllakën e laminuar dhe dobësimi i ndërfaqes fibër-bazë bëjnë që kufiri të ketë një efekt të caktuar në pllakën e laminuar gjatë procesit të impaktit. Sipas figurës, zona e zhveshjes së pasme (vija e zezë) e mostrës në gjendje të thatë nuk është shumë e ndryshme nga gjendja e ngopjes së lagësht dhe të nxehtë.
3. Karakteristikat e detajuara shkatërruese të panelit me 3 shtresa
Harta e karakteristikave të dëmtimit të prerjes tërthore të pllakës së bashkimit të shtresës CFRP, e marrë nga mikrosistemi ultra-thellës 3D dhe pasqyra elektronike skanuese, me shpejtësi impakti prej 45 m/s, e thatë dhe e lagësht dhe e nxehtë, tregon se dëmtimi i mostrës në të dyja gjendjet përfshin tre forma shkatërrimi: thyerje të fibrave, çarje të bazës dhe thyerje të ndërmjetme. Por baza e dy mostrave është çarë ndryshe. Çarja e substratit në gjendje të thatë është çarë në lidhjen midis fibrave dhe substratit. Megjithatë, çarja e substratit pas trajtimit të nxehtësisë së lagësht shoqërohet me rënien e fragmenteve të substratit. Wold-esenbet dhe materiale të tjera në mjedisin e lagësht dhe të nxehtë të performancës së ndikimit të strukturës së strukturës dhe degradimit të ndërfaqes së substratit të fibrave të përcaktuara bashkërisht, në mjedisin e lagësht dhe të nxehtë, pllaka e shtresës CFRP në bazën e rrëshirës përjeton thithjen e një sasie të caktuar uji, uji që depërton do të shkaktojë tretjen e substratit të rrëshirës. Fibra e karbonit nuk është thithëse, atëherë duhet të ketë zgjerim të lagësht midis të dyjave, ky ndryshim dobëson ndërfaqen midis substratit dhe fibrave, zvogëlon forcën e substratit. Kur i nënshtrohen ngarkesës së impaktit, fragmentet e substratit bien lehtësisht, duke rezultuar në një ndryshim nga ndërfaqja e dëmtimit të mostrës në temperaturën e dhomës së thatë. Nga struktura e detajuar e pasqyrës elektrike të skanuar, mund të shihet se çarja e trupit të lagësht dhe të nxehtë të bazës është kryesisht çarje e lirshme e thyerjes së shtypjes, ndërsa çarja para nxehtësisë së lagësht është kryesisht e brishtë, dhe çarja horizontale e prerjes midis shtresave është më e dukshme. Nga mikroskopi optik në figurë, mund të shihet se format e shkatërrimit janë të ndryshme në të dy rastet, dhe gjendja e thatë është shkatërrim për prerje ndër-ndërmjetëse. Për të prerë shkatërrimin kryesisht, pas nxehtësisë së lagësht për formën e shkatërrimit të shoqëruar me shkatërrim të konsiderueshëm të shtresave, proporcioni i shkatërrimit të shtresave u zgjerua. Mund të shihet nga këndi i mekanizmit të shkatërrimit dhe karakteristikave të thithjes së energjisë. Mei Zhiyuan propozoi dy faza të pushtimit të predhës: fazën e prerjes dhe fazën e pushtimit të vazhdueshëm. Zona A në mostrën e lagësht të nxehtë është shkatërrimi i fazës së ndërhyrjes së prerjes, kryesisht sepse në procesin e impaktit, pllaka e shtresëzimit është e ngjeshur dhe e prerë duke formuar deformimin e shkatërrimit, zona b është shkatërrimi i fazës së pushtimit të vazhdueshëm. Kjo fazë është kryesisht për shkak të reduktimit të shpejtësisë së depërtimit të trupit të plumbit nën veprimin e komponentit të stresit të shtrirjes së shtresës fibroze, dhe energjia shndërrohet kryesisht në energjinë e tendosjes së shtrirjes së fibrave dhe energjinë e thyerjes së ndërmjetme (l 51), kështu që thyerja e fibrave el dhe thyerja e mëparshme e fibrave nuk janë në një vijë të drejtë. Në mostrën e thatë, ky fenomen nuk është i dukshëm, dhe dëmtimi i pllakës është më serioz, pllaka e shtresës ka një gjendje plasaritjeje. 3. 4 Energjia e thithjes dhe analiza e zonës së projeksionit të vrimës së dëmtimit Figura 5 tregon marrëdhënien midis temperaturës së dhomës së thatë dhe ngopjes së lagësht të nxehtë të shpejtësisë së lëshimit dhe humbjes së energjisë së trupit, në shpejtësinë e incidentit prej rreth 45 m/s, temperatura e dhomës së thatë e plumbit të gjithë tërhiqet, kështu që nuk tregohet në figurë. Siç mund të shihet nga Figura 7, kur testi testohet nën ngopje termike të lagësht, humbja e energjisë së plumbit është serioze, dhe kapaciteti thithës i mostrës pas trajtimit të lagësht të nxehtësisë rritet.
Figura 6 është një diagram grafik i zonës së projeksionit të shpejtësisë së incidentit të trupit të plumbit dhe vrimës së dëmtimit të shtresës CFRP (vija gri shënon një pjesë të Figurës 4), figurat gjithëpërfshirëse (4), (5), (6) mund të shihen: (1) me rritjen e shpejtësisë së impaktit, zona e projeksionit të vrimës së dëmtimit të shtresës CFRP rritet; (2) Zona e projeksionit të vrimës së dëmtuar në mostrën në temperaturë dhome të thatë është më e madhe se ajo e ngopjes së lagësht dhe të nxehtë; (3) kur shpejtësia e impaktit është rreth 45 m/s, zona e projeksionit të vrimës së dëmtuar të pllakës së laminuar pas trajtimit të nxehtësisë së lagësht është shumë më e madhe se zona e projeksionit të vrimës së dëmtimit të pllakës së laminuar në gjendjen e temperaturës së dhomës së thatë. Zona e projeksionit të dëmtimit të mostrës me ngopjes termike të lagësht u rrit me 85.1% dhe me një shpejtësi goditjeje prej rreth 68 m/s, pllaka e laminuar në gjendje të lagësht dhe të ngopjes termike u rrit me 18.10%, vlera e absorbimit (Figura 5) u rrit me 15.65%; Me një shpejtësi impakti prej rreth 88 m/s, pllaka e laminuar në gjendjen e lagësht dhe të ngopjes termike u zvogëlua me 9.25%, vlera e absorbimit u rrit përsëri me 12.45%.
Bazuar në rezultatet e hulumtimit të Yucheng Zhong dhe produkteve të tjera, thithja e lagështisë së materialeve kompozite të përforcuara me fibra karboni përmirëson kufirin elastik dhe rezistencën ndaj goditjes së pllakës së laminuar, dhe kombinon sipërfaqen e projektuar të vrimës së dëmtimit të mostrës në temperaturë dhome të thatë dhe mostrën e ngopjes së lagësht dhe të nxehtë në këtë punim (Figura 4 në vijën gri). Diagrama e marrëdhënies me shpejtësinë e incidentit të trupit të plumbit dhe sipërfaqen e projeksionit të vrimës së dëmtimit të shtresës CFRP, dhe dëmtimin e shtresave të bordit të bashkimit të shtresës CFRP mund të krahasohet kur shpejtësia e goditjes është e njëjtë dhe e ulët. Sipërfaqja e vrimës së dëmtuar të mostrës së ngopjes së lagësht dhe të nxehtë është relativisht e madhe. Kjo për shkak se trajtimi i nxehtësisë së lagësht bën që plastifikimi i substratit të shtresës CFRP, duke dobësuar ndërfaqen e fibrës dhe substratit dhe performancën ndërmjet shtresave, në goditje, gjendja e ngopjes së nxehtësisë së lagësht të mostrës zgjerohet, duke rritur përqindjen e dëmtimit. Bazuar në Wu Yixuan dhe eksperimente të tjera, dihet se energjia e goditjes në drejtimin vertikal të shtrimit absorbohet kryesisht nga substrati i rrëshirës, pastaj plastifikimi i substratit bën që mostra e ngopjes së lagësht dhe të nxehtë të thithë më shumë energji gjatë procesit të goditjes, përmirëson rezistencën ndaj goditjes dhe rrit zonën e projeksionit të vrimës së dëmtimit; dëmtimi i laminatit CFRP nuk është zgjatur plotësisht, goditja ka mbaruar, kështu që kur shpejtësia e goditjes është më e lartë, trajtimi termik i lagësht në zonën e projeksionit të dëmtimit të laminatit CFRP nuk është më serioz, por për shkak të plastifikimit të rrëshirës së substratit, kapaciteti absorbues është akoma më i rritur.
4 Përfundime
(1) Me rritjen e shpejtësisë së impaktit, sipërfaqja e projektuar e vrimës së dëmtimit të laminatit kompozit të rrëshirës epoksi të përforcuar me fibra karboni (CFRP) rritet, dhe shkalla e rritjes së vrimës së dëmtimit 孑L në mostër në temperaturë ambienti të thatë është më e lartë se ajo nën ngopjen me nxehtësi të lagësht. E madhe: (2) Kur shpejtësia e impaktit është 45 m/s, sipërfaqja e projeksionit të dëmtimit të laminatit CFRP në gjendjen e ngopjes me nxehtësi të lagësht rritet me 85.11%, kur shpejtësia e impaktit është 68 m/s, sipërfaqja e projeksionit të dëmtimit të laminatit CFRP në gjendjen e ngopjes me nxehtësi të lagësht rritet me 18% krahasuar me laminatin CFRP në gjendjen e temperaturës së dhomës së thatë. 10%, shpejtësia e impaktit është 86m/s. Sipërfaqja e projeksionit të dëmtimit të laminatit cFRP të ngopur me lagështi zvogëlohet me 9.9% krahasuar me laminatin cFRP në temperaturë ambienti të thatë. 25%; (3) Pasi laminati cFRP ndikohet nga mjedisi i nxehtë dhe i lagësht, performanca e shtresave ndërmjetëse të laminatit zvogëlohet, duke rezultuar në zgjerimin e zonës së delaminimit.
Koha e postimit: 24 qershor 2019