1 Utangulizi
Mchanganyiko wa nyuzi za kaboni iliyoimarishwa epoxy (CFRP) ina faida nyingi kama vile msongamano mdogo, nguvu maalum ya juu, ugumu wa hali ya juu, upinzani wa uchovu, upinzani wa kutu na sifa nzuri za mitambo. Inatumika sana katika anga na miundo mingine yenye ukali wa mazingira, joto la unyevu na athari. Ushawishi wa mambo ya mazingira kwenye nyenzo unazidi kuonekana. Katika miaka ya hivi karibuni, wasomi wa ndani na nje wamefanya idadi kubwa ya tafiti juu ya athari za mazingira ya joto na unyevu kwenye composites za CFRP [1] na athari za athari kwa composites za CFRP. Utafiti huo uligundua kuwa ushawishi wa mazingira ya joto na unyevu kwenye composites za CFRP ni pamoja na uwekaji plastiki wa matrix [2, kupasuka [31 na kudhoofisha sifa za kiolesura cha nyuzi-tumbo [2'3'5], kupinda kwa mchanganyiko wa CFRP na kuongezeka kwa wakati wa matibabu ya joto la mvua) Sifa za kiufundi za utendaji [2, risasi na interlaminar mali ya kung'oa [2, 13 na tabia ya kushuka chini] tuli. Woldesenbet et al. [8,9] ilichunguza athari za kiufundi za composites kwa viwango vya juu vya matatizo baada ya matibabu ya joto la mvua, na kupata kwamba mazingira ya joto na unyevu yaliboresha nguvu ya athari ya composites. Inafunuliwa kuwa unyonyaji wa unyevu wa nyenzo za mchanganyiko unaweza kuboresha athari za mitambo ya vifaa chini ya hali fulani, ambayo ni tofauti kabisa na matokeo ya majaribio chini ya hali ya quasi-static. Kazi kuu ya sasa ya utafiti ni athari ya joto la unyevu (ikiwa ni pamoja na kuzamishwa kwa maji) kwenye sifa za athari za kasi ya chini za composites ya matrix ya resin iliyoimarishwa ya nyuzi. Pan Wenge et al [10] alisoma sifa za mgandamizo wa laminates za nyuzinyuzi zenye pande mbili zilizofumwa/epoksi baada ya athari ya kasi ya chini kwenye joto la kawaida na chini ya hali ya joto na unyevunyevu (65 °C kuzamishwa kwa maji). 4. Laminate chini ya mazingira ya moto na unyevu hupatikana baada ya mshtuko wa kasi ya chini. Utendaji wa compression umepunguzwa sana. Karasek et al. [1] alisoma athari za unyevunyevu na halijoto kwenye athari za viunzi vya grafiti/epoksi, na kuzipata katika halijoto ya chini na mazingira ya joto la kawaida. Unyevu una athari kidogo kwenye ngozi ya awali ya nishati na nishati ya uharibifu. Yucheng zhong et al [12,13] walifanya mtihani wa athari ya kasi ya chini kwenye laminates za mchanganyiko baada ya matibabu ya joto ya mvua. Inahitimishwa kuwa mazingira ya moto na yenye unyevu hupunguza kwa kiasi kikubwa uharibifu wa athari za laminate. Kuboresha upinzani wa athari za laminates. Krystyna et al. [14] ilisoma athari ya kasi ya chini ya kiunga cha nyuzi-glasi ya aramid/epoksi baada ya matibabu ya joto unyevu (70 °C kuzamishwa kwa maji), na kupata eneo la uharibifu mdogo baada ya matibabu ya joto unyevu. Hii husababisha uharibifu wa delamination ndani ya sampuli, ambayo inachukua nishati zaidi wakati wa athari na kuzuia uundaji wa delamination. Inaweza kuonekana kutoka hapo juu kwamba ushawishi wa mazingira ya joto ya unyevu kwenye uharibifu wa athari za vifaa vya mchanganyiko una athari ya kukuza na athari ya kudhoofisha. Kwa hiyo, utafiti zaidi na uthibitisho unahitajika. Kwa upande wa athari, Mei Zhiyuan et al [15] alipendekeza na kuanzisha hatua mbili (kupenya kwa shear na kupenya kwa kuendelea) kielelezo cha uchanganuzi wa mienendo ya upenyezaji wa laminate zilizoimarishwa nyuzinyuzi chini ya athari ya kasi ya juu. Guiping Zhao et al. [16] ilifanya aina tatu za kasi tofauti (chini ya, sawa na na kubwa kuliko kasi ya kikomo cha balistiki) kwenye utendaji wa athari na uharibifu wa sampuli baada ya aina tatu za laminates, lakini haikuhusisha athari ya mazingira ya joto unyevu kwenye uharibifu wa athari. . Kulingana na fasihi hapo juu, utafiti unaohusiana na athari za mazingira ya mvua na moto kwenye laminates zilizoimarishwa za nyuzi bado haujachunguzwa zaidi. Katika karatasi hii, sifa za uharibifu wa joto la unyevu zilizojaa nyuzinyuzi za kaboni/epoksi zenye mchanganyiko wa laminates chini ya hali ya umwagaji wa maji ya 70 °C zilisomwa. Madhara ya mazingira ya joto na unyevu kwenye sifa za kushindwa kwa athari za composites zilichambuliwa kwa kulinganisha na sampuli za joto la chumba kavu. Katika jaribio, laminates za CFRP ziliathiriwa kwenye laminates za CFRP kwa 45 m/s, 68 m/s na 86 m/s. Kasi kabla na baada ya athari ilipimwa. Ushawishi wa mazingira ya joto na unyevu kwenye utendaji wa kunyonya nishati ya laminates ulichambuliwa. Ultrasonic c-scan ilitumiwa kuchunguza uharibifu wa ndani wa laminate, na ushawishi wa kasi ya athari kwenye eneo la fractures ilichambuliwa. Hadubini ya elektroni ya kuchanganua na mfumo wa hadubini wa kina zaidi wa kina cha tatu-dimensional zilitumika kuchunguza sifa za mesoskopu za uharibifu wa sampuli, na uharibifu wa sampuli ulichambuliwa na mazingira ya joto yenye unyevunyevu. Athari za vipengele.
2 Nyenzo na mbinu za majaribio
2. 1 Nyenzo na maandalizi
Resin ya nyuzi za kaboni epoxy (T300/EMl 12) nyenzo zenye mchanganyiko, kuzamishwa mapema kulikotolewa na Jiangsu Hengshen Co., Ltd., unene wa safu moja kabla ya kuzamishwa wa 0. 137 mm na sehemu ya ujazo wa nyuzi 66%. Jopo la laminate limewekwa kwenye sakafu ya safu. , ukubwa 115mm x 115mln. Mchakato wa kuunda tank ya vyombo vya habari vya moto hutumiwa. Mchoro wa mchakato wa kuponya ulioandaliwa na mchakato umeonyeshwa kwenye Mchoro 1. Kwanza pandisha makao kutoka joto la kawaida hadi 80 oC kwa kiwango cha joto cha 1 hadi 3 oC / min, kisha weka joto kwa dakika 30, joto hadi 130 oC kwa kiwango cha joto cha l13 oC / min, weka joto kwa dakika 120, punguza hadi 60.0C kwa kiwango cha baridi cha mara kwa mara, na kisha uondoe shinikizo na kutolewa, na kutolewa.
2. 2 Matibabu ya joto ya mvua
Baada ya utayarishaji wa kielelezo, sampuli ilitibiwa kwa joto-nyevu kwa mujibu wa vipimo HB 7401-96.171 "njia ya majaribio ya kunyonya unyevunyevu yenye unyevunyevu yenye msingi wa resini". Kwanza, sampuli huwekwa kwenye chumba cha kukausha thermostatic kwenye digrii 70 C ili kukauka. Kupima mara kwa mara kwa kutumia mizani mpaka kupoteza ubora wa specimen ni imara kwa si zaidi ya 0. 02%, thamani iliyorekodi wakati huu ni Uhandisi Kavu Misa G. Baada ya kukausha, sampuli huwekwa katika digrii 70 za maji kwa ajili ya matibabu ya joto la mvua. Kulingana na maelezo ya HB 7401. Mbinu iliyobainishwa katika 96 "hupima ubora wa sampuli kila siku, iliyorekodiwa kama Gi, na kurekodi mabadiliko ya ufyonzaji wa unyevu Mi. Kielelezo cha ufyonzaji unyevu wa sampuli ya laminate ya CFRP ni:
Fomula ina maelezo ya kina: Mi ni ufyonzaji wa unyevu wa sampuli, Gi ni ubora baada ya sampuli kunyonya unyevu, g, go ni ubora wa hali kavu ya uhandisi wa sampuli.
2. Majaribio 3 ya Athari
Majaribio ya athari ya kasi ya juu kwenye laminate ya CFRP ilifanyika kwenye kanuni ya hewa ya kasi yenye kipenyo cha 15 mm. Kifaa cha kupima athari ya kasi ya juu (ona Mchoro 2) kinajumuisha bunduki ya anga ya kasi, kifaa cha kupima kasi ya leza kabla na baada ya athari, mwili wa risasi, usakinishaji wa sampuli (kona ya juu kulia ya Mchoro 2), na kifaa cha kurejesha usalama wa mwili wa risasi. Mwili wa risasi ni risasi ya cylindrical yenye kichwa cha koni (Mchoro 2), na kiasi cha risasi ni 24. 32 g na kipenyo cha 14. 32 mm; kasi ya athari ni 45 m/s (nishati ya athari 46 J), 68 m/s (nishati ya athari 70 J), 86 m/s (nishati ya athari 90 J) athari.
2. 4 Kugundua uharibifu wa vielelezo
Baada ya kuathiriwa na athari, sahani ya edgout ya safu ya laminate ya rangi ya kaboni yenye rangi ya mchanganyiko wa mchanganyiko wa laminate hutumiwa kutambua uharibifu wa ndani wa sahani ya laminate ya CFRP, na eneo la makadirio ya eneo la uharibifu wa athari hupimwa na programu ya uchanganuzi wa picha ya UTwim, na vipengele vya kina vya uharibifu wa sehemu-mtambuka huzingatiwa kwa kuchanganua darubini ya elektroni na mfumo wa ultra-de wa ultra-de.
3 Matokeo na majadiliano
3. 1 Huonyesha sifa za kunyonya unyevu
Jumla ya 37. 7 d, wastani wa kunyonya unyevu uliojaa ni 1. 780%, na kiwango cha kuenea kwa 6. 183x10. 7llnl2/s. Mviringo wa kunyonya unyevu wa kielelezo cha laminate cha CFRP umeonyeshwa kwenye Mchoro 3. Kama inavyoonekana kutoka kwenye Mchoro 3, kiwango cha ukuaji cha awali cha kunyonya unyevu wa sampuli ni laini, baada ya hatua ya mstari, kasi ya ukuaji wa ufyonzwaji wa unyevu huanza kupungua, kufikia kiwango cha hali ya utulivu baada ya muda wa satub 23 na kufikia muda wa satub. Kwa hiyo, ngozi ya unyevu wa sampuli inafanana na hali ya kunyonya unyevu wa hatua mbili: hatua ya kwanza ya kunyonya unyevu ni kutokana na hatua ya pamoja ya joto na unyevu, unyevu kupitia nyenzo yenyewe ina pores, mashimo, nyufa na kasoro nyingine kuenea ndani ya nyenzo; Usambazaji wa maji ni polepole na hatua kwa hatua hufikia kueneza katika hatua hii.
3. Tabia za uharibifu zinazoonekana za bodi ya laminate ya safu 2
Impact kasi ya 86 m/s wakati specimen mbele, nyuma ya dhahiri uharibifu ramani ya wasifu, kwa sampuli kavu joto chumba, mvua kueneza moto sampuli mbele uharibifu sura ni zaidi kama, sampuli mbili katika athari, kutokana na nyufa msingi, uharibifu wake pamoja safu ya kwanza ya nyuzi kuwa na kuingizwa fulani. Hii inasababisha mbele kutoa umbo la elliptical au mstatili, na pamoja na kuwa na uwezo wa kuona ufa katika substrate, nyuzi zinaweza kuonekana kuvunja. Kwa sampuli ya halijoto ya chumba kikavu, sampuli ya kueneza moto kwa mvua kwenye sehemu ya nyuma ya uharibifu wa umbo inaweza kuonekana kuwa sehemu ya nyuma kando ya mwelekeo wa athari ina uvimbe fulani, na inatoa ufa wenye umbo la msalaba. Ni dhahiri kwamba fracture ya nyuzi, ngozi ya msingi na fracture interlayer (layer) aina tatu za uharibifu, sehemu ya mwisho ya fiber ni lile lakini si kuvunjwa, layering tu na nyuzi / msingi ngozi. Fracture ya nyuzi pia ni tofauti, kama inavyoweza kuonekana kutokana na kulinganisha uharibifu wa mbele na nyuma. Mbele husababisha fracture ya fiber na substrate kutokana na compression na shear. nyuma ni kutokana na kukaza mwendo unasababishwa fiber kuvunja na safu substrate. Kielelezo 4 ni kasi ya mshtuko wa 45 m / s, 68 m / s, 86 m / s wakati sampuli ya uharibifu wa ndani C scan. Eneo lililoonyeshwa na takriban pande zote l mstari wa kijivu katikati ya takwimu ni eneo lililopangwa la shimo la uharibifu. Mstari mweusi juu na chini ya kila chati ndogo inaonyesha eneo la eneo la kumenya nyuma la sampuli. Eneo lililowekwa alama kwenye mstari mweupe kwenye takwimu (b) (d) (f) ni uharibifu wa ndani wa sampuli kando ya mpaka. Grafu inaonyesha kuwa nishati ya athari huongezeka kadiri kasi ya athari inavyoongezeka. Sahani iliyochomwa inaweza kunyonya nishati zaidi wakati wa athari (tazama Mchoro 6 kwa maadili maalum), na kusababisha ongezeko la eneo la makadirio ya uharibifu wa laminate: kwa kulinganisha sampuli ya joto la chumba kavu na picha ya sampuli ya kueneza kwa joto la mvua, inaweza kuonekana kuwa kuna uharibifu wa ndani (mstari mweupe) wa kielelezo kinachozalishwa kando ya mpaka katika sampuli ya mvua-moto kwa sababu ya kueneza kwa hali ya juu ya hali ya hewa. Plastiki ya substrate katika sahani ya laminate na kudhoofika kwa kiolesura cha msingi wa nyuzi husababisha mpaka kuwa na athari fulani kwenye sahani ya laminate wakati wa mchakato wa athari. Kwa mujibu wa takwimu, eneo la nyuma la peeling (mstari mweusi) wa sampuli katika hali kavu sio tofauti sana na hali ya kueneza moto kwa mvua.
3. Vipengele vya uharibifu vya kina vya jopo la safu-3
Ramani ya kipengele cha uharibifu wa sehemu nzima ya sahani ya pamoja ya safu ya CFRP, iliyochukuliwa na mfumo mdogo wa 3D wa kina zaidi na kioo cha elektroni cha skanning, na kasi ya athari ya 45 m / s, kavu na mvua na moto, inaonyesha kuwa uharibifu wa sampuli katika majimbo yote mawili ni pamoja na aina tatu za uharibifu: kuvunjika kwa nyuzi, kupasuka kwa msingi na kuvunjika kwa interlayer. Lakini msingi wa vielelezo viwili hupasuka tofauti. Kupasuka kwa substrate katika hali kavu ni kupasuka kwa uhusiano kati ya fiber na substrate. Hata hivyo, kupasuka kwa substrate baada ya matibabu ya joto ya mvua hufuatana na vipande vya substrate vinavyoanguka. Wold-esenbet na vifaa vingine katika mazingira ya mvua na moto ya utendaji wa athari ya muundo wa muundo na uharibifu wa interface ya substrate ya fiber substrate imedhamiriwa kwa pamoja, katika mazingira ya joto ya mvua, sahani ya safu ya CFRP katika msingi wa resin uzoefu ngozi ya kiasi fulani cha maji, maji ya maji yatasababisha substrate ya resin kufuta. Fiber ya kaboni haina ajizi, basi lazima kuwe na upanuzi wa mvua kati ya mbili, tofauti hii inadhoofisha interface kati ya substrate na fiber, inapunguza nguvu ya substrate. Wakati unakabiliwa na mzigo wa athari, vipande vya substrate hutolewa kwa urahisi, na kusababisha tofauti kutoka kwa kiolesura cha uharibifu wa sampuli ya joto la chumba kavu. Kutoka kwa muundo wa kina wa kioo cha umeme kilichochanganuliwa, inaweza kuonekana kuwa kupasuka kwa mwili wa mvua na moto baada ya msingi ni hasa kupasuka kwa uhuru wa vyombo vya habari, wakati kupasuka kabla ya joto la mvua ni hasa brittle, na kupasuka kwa usawa kati ya tabaka ni dhahiri zaidi. Kutoka kwa darubini ya macho kwenye takwimu, inaweza kuonekana kuwa fomu za uharibifu ni tofauti katika matukio mawili, na hali ya kavu ni uharibifu wa kila-inter-kukata. Ili kukata uharibifu hasa, baada ya joto la mvua kwa fomu ya uharibifu ikifuatana na uharibifu mkubwa wa layered, uwiano wa uharibifu wa layered ulipanuliwa. Inaweza kuonekana kutoka kwa pembe ya utaratibu wa uharibifu na sifa za kunyonya nishati. Mei Zhiyuan aliweka mbele hatua mbili za uvamizi wa projectile: hatua ya kukata na hatua ya kuendelea ya uvamizi. A eneo katika sampuli ya mvua moto ni uharibifu hatua ya kuingilia SHEAR, hasa kwa sababu katika mchakato wa athari, sahani layering ni USITUMIE na sheared malezi ya deformation uharibifu, b eneo ni kuendelea uvamizi hatua ya uharibifu. Hatua hii ni hasa kutokana na kupunguzwa kwa kasi ya kuingilia kwa mwili wa risasi chini ya hatua ya sehemu ya mkazo ya kunyoosha ya safu ya nyuzi, na nishati inabadilishwa hasa kuwa nishati ya kunyoosha ya nyuzi na nishati ya fracture ya interlayer (l 51), ili kuvunja kwa nyuzi el na kuvunja uliopita kwa nyuzi sio kwenye mstari wa moja kwa moja. Katika sampuli kavu, jambo hili si dhahiri, na uharibifu wa sahani ni mbaya zaidi, sahani ya safu ina hali ya kupasuka. 3. 4 Uchambuzi wa eneo la makadirio ya nishati ya kunyonya na shimo la uharibifu Kielelezo 5 kinaonyesha uhusiano kati ya joto la chumba kavu na kueneza kwa moto kwa mvua ya kasi ya uzinduzi na kupoteza nishati ya mwili, kwa kasi ya tukio la karibu 45 m / s, joto la chumba cha kavu la risasi yote inarudi, hivyo haijaonyeshwa kwenye takwimu. Kama inavyoonekana katika Mchoro wa 7, wakati kipimo kinapojaribiwa chini ya upenyezaji wa joto unyevu, upotezaji wa nishati ya risasi ni mbaya, na uwezo wa kunyonya wa sampuli baada ya matibabu ya joto unyevu kuongezeka.
Kielelezo 6 ni mchoro wa grafu ya eneo la makadirio ya kasi ya tukio la mwili wa risasi na shimo la uharibifu wa safu ya CFRP (mstari wa kijivu huashiria sehemu ya Kielelezo 4), takwimu ya kina (4), (5), (6) inaweza kuonekana: (1) na ongezeko la kasi ya athari, safu ya CFRP ya uharibifu wa eneo la makadirio ya shimo huongezeka; kueneza moto; (3) wakati kasi ya athari ni karibu 45 m/s, eneo la makadirio ya shimo la uharibifu la sahani iliyotiwa lami baada ya matibabu ya joto yenye unyevunyevu ni kubwa zaidi kuliko eneo la makadirio ya shimo la uharibifu wa sahani ya laminated katika hali ya joto ya chumba kavu. Uharibifu wa sampuli ya kueneza kwa joto la mvua eneo la makadirio ya l-shimo liliongezeka kwa 85. 1% na kwa kasi ya mshtuko wa karibu 68 m / s, sahani ya laminated katika hali ya mvua na ya kueneza ya joto iliongezeka kwa 18. 10%, thamani ya kunyonya (Mchoro 5) iliongezeka kwa 15. 65%; Kwa kasi ya athari ya karibu 88 m / s, sahani ya laminated katika hali ya kueneza kwa mvua na joto ilipungua kwa 9. 25%, thamani ya kunyonya bado iliongezeka kwa 12. 45%.
Kulingana na matokeo ya utafiti wa Yucheng Zhong na bidhaa zingine, ufyonzaji wa unyevu wa nyenzo zenye umbo la nyuzinyuzi za kaboni huboresha kikomo cha elastic na upinzani wa athari ya sahani ya laminate, na huchanganya eneo la makadirio ya shimo la uharibifu wa kielelezo cha joto la chumba kavu na kielelezo cha kueneza kwa joto la mvua kwenye karatasi hii (Kielelezo 4 kwenye mstari wa mchoro wa eneo la mchoro na kasi ya mchoro wa eneo la mchoro wa mradi Shimo la uharibifu wa safu ya CFRP, na uharibifu wa safu ya bodi ya kuunganisha ya safu ya CFRP inaweza kulinganishwa wakati kasi ya athari ni sawa na ya chini. Eneo la uharibifu wa kielelezo cha kueneza kwa joto la mvua ni kubwa kiasi. Hii ni kutokana na matibabu ya mvua joto hufanya CFRP safu substrate plasticization, kudhoofisha fiber na substrate interface na utendaji interlayer, katika athari, hali ya mvua kueneza joto ya specimen layered uharibifu upanuzi, uwiano wa uharibifu kuongezeka. Kulingana na Wu Yixuan na majaribio mengine kujua kwamba nishati ya athari katika mwelekeo wima lami ni hasa kufyonzwa na substrate resin, kisha plastiki ya substrate hufanya kielelezo cha mvua na moto kueneza kunyonya nishati zaidi wakati wa mchakato wa athari, inaboresha upinzani wa athari, na huongeza eneo la makadirio ya shimo la uharibifu; Uharibifu wa laminate wa CFRP haujapanuliwa kikamilifu, athari imeisha, kwa hiyo wakati kasi ya athari ni ya juu, matibabu ya joto ya mvua kwenye eneo la makadirio ya uharibifu wa laminate ya CFRP sio mbaya tena, lakini kutokana na plastiki ya resin ya substrate, uwezo wa kunyonya bado unaongezeka.
4 Hitimisho
(1) Pamoja na ongezeko la kasi ya athari, eneo lililokadiriwa la shimo la uharibifu la nyuzinyuzi kaboni iliyoimarishwa laminate ya epoxy resin (CFRP) huongezeka, na kasi ya ukuaji wa uharibifu 孑L kwenye sampuli katika halijoto kavu ya chumba ni ya juu zaidi kuliko ile iliyo chini ya mjazo wa joto unyevu. Kubwa: (2) Wakati kasi ya athari ni 45 m/s, eneo la makadirio ya uharibifu wa laminate ya CFRP katika hali ya kueneza kwa joto la mvua huongezeka kwa 85. 11%, wakati kasi ya athari ni 68 m / s, eneo la makadirio ya uharibifu wa laminate ya CFRP katika hali ya kueneza kwa joto la mvua huongezeka kwa 18% ya hali ya joto ya CF ikilinganishwa na hali ya joto ya 18% katika chumba kavu. 10%, kasi ya athari ni 86m / s. Eneo la makadirio ya uharibifu wa laminate ya cFRP iliyojaa unyevu imepunguzwa kwa 9.9% ikilinganishwa na laminate ya joto la chumba kavu cFRP. 25%; (3) Baada ya laminate ya cFRP inathiriwa na mazingira ya joto na unyevu, utendaji wa interlayer wa laminate hupunguzwa, na kusababisha upanuzi wa eneo la delamination.
Muda wa kutuma: Juni-24-2019