1 Panimula
Ang carbon fiber reinforced epoxy composite (CFRP) ay may maraming mga pakinabang tulad ng mababang density, mataas na tiyak na lakas, mataas na tiyak na higpit, paglaban sa pagkapagod, paglaban sa kaagnasan at mahusay na mga katangian ng mekanikal. Ito ay malawakang ginagamit sa aerospace at iba pang mga istrukturang malupit sa kapaligiran, mamasa init at epekto. Ang impluwensya ng mga kadahilanan sa kapaligiran sa mga materyales ay lalong maliwanag. Sa mga nagdaang taon, ang mga lokal at dayuhang iskolar ay nagsagawa ng isang malaking bilang ng mga pag-aaral sa mga epekto ng mainit at mahalumigmig na kapaligiran sa mga CFRP composites [1] at ang epekto ng epekto sa CFRP composites. Natuklasan ng pag-aaral na ang impluwensya ng mainit at mahalumigmig na kapaligiran sa CFRP composites ay kinabibilangan ng plasticization ng matrix [2, cracking [31 at humina na fiber-matrix interface properties [2'3'5], CFRP composite bending na may pagtaas ng wet heat treatment time) Ang mga mekanikal na katangian ng pagganap [2, lead at interlaminar shear properties [2, 1 at static tensile] ay nagpakita ng mga katangian ng static na tensile [3'6'7]. Woldesenbet et al. [8,9] pinag-aralan ang epekto ng mga mekanikal na katangian ng mga composite sa mataas na strain rate pagkatapos ng wet heat treatment, at nakuha na ang mainit at mahalumigmig na kapaligiran ay nagpabuti sa lakas ng epekto ng mga composite. Ipinahayag na ang pagsipsip ng kahalumigmigan ng mga pinagsama-samang materyales ay maaaring mapabuti ang epekto ng mga mekanikal na katangian ng mga materyales sa ilalim ng ilang mga kundisyon, na medyo naiiba mula sa mga eksperimentong resulta sa ilalim ng quasi-static na mga kondisyon. Ang kasalukuyang pangunahing gawaing pananaliksik ay ang epekto ng basa-basa na init (kabilang ang paglulubog ng tubig) sa mababang bilis ng epekto ng mga katangian ng fiber reinforced resin matrix composites. Pinag-aralan ni Pan Wenge et al [10] ang mga katangian ng compression ng two-dimensional woven fiberglass/epoxy composite laminates pagkatapos ng mababang bilis na epekto sa temperatura ng silid at sa ilalim ng mainit at mahalumigmig na mga kondisyon (65 °C water immersion). 4. Ang nakalamina sa ilalim ng mainit at mahalumigmig na kapaligiran ay nakuha pagkatapos ng mababang bilis ng pagkabigla. Ang pagganap ng compression ay makabuluhang nabawasan. Karasek et al. [1] pinag-aralan ang mga epekto ng halumigmig at temperatura sa epekto ng mga graphite/epoxy composites, at nakuha ang mga ito sa mababang temperatura at mga kapaligiran sa temperatura ng silid. Ang kahalumigmigan ay may maliit na epekto sa paunang enerhiya at pagsipsip ng enerhiya ng pinsala. Si Yucheng zhong et al [12,13] ay nagsagawa ng mababang-bilis na pagsubok sa epekto sa mga composite laminates pagkatapos ng wet heat treatment. Napagpasyahan na ang mainit at mahalumigmig na kapaligiran ay makabuluhang binabawasan ang epekto ng pinsala ng nakalamina. Pagbutihin ang epekto ng paglaban ng mga laminate. Krystyna et al. [14] pinag-aralan ang mababang bilis ng epekto ng aramid-glass fiber/epoxy composite pagkatapos ng wet heat treatment (70 °C water immersion), at nakakuha ng mas maliit na impact damage area pagkatapos ng wet heat treatment. Nagdudulot ito ng pinsala sa delamination sa loob ng sample, na sumisipsip ng mas maraming enerhiya sa panahon ng epekto at pinipigilan ang pagbuo ng delamination. Makikita mula sa itaas na ang impluwensya ng moist heat environment sa impact damage ng composite materials ay may nagpo-promote na effect at weakening effect. Samakatuwid, kailangan ang karagdagang pananaliksik at pagpapatunay. Sa mga tuntunin ng epekto, iminungkahi at itinatag ni Mei Zhiyuan et al [15] ang isang two-stage (shear penetration at tuluy-tuloy na pagtagos) penetration dynamics analysis model ng fiber-reinforced composite laminates sa ilalim ng high-speed impact. Guiping Zhao et al. [16] nagsagawa ng tatlong uri ng iba't ibang bilis (mas mababa sa, katumbas at mas malaki kaysa sa ballistic na limitasyon ng bilis) sa pagganap ng epekto at pinsala ng ispesimen pagkatapos ng tatlong uri ng mga laminate, ngunit hindi kasama ang epekto ng mamasa-masa na kapaligiran ng init sa pinsala sa epekto. . Batay sa mga literatura sa itaas, ang kaugnay na pananaliksik sa epekto ng basa at mainit na kapaligiran sa fiber reinforced composite laminates ay hindi pa masusuri. Sa papel na ito, pinag-aralan ang mga katangian ng pagkasira ng epekto ng wet heat saturated carbon fiber/epoxy composite laminates sa ilalim ng 70 °C na kundisyon ng water bath. Ang mga epekto ng mainit at mahalumigmig na kapaligiran sa mga katangian ng pagkabigo ng epekto ng mga composite ay nasuri sa pamamagitan ng paghahambing sa mga sample ng temperatura ng dry room. Sa eksperimento, ang CFRP laminates ay naapektuhan sa CFRP laminates sa 45 m/s, 68 m/s at 86 m/s. Ang bilis bago at pagkatapos ng epekto ay sinusukat. Ang impluwensya ng mainit at mahalumigmig na kapaligiran sa pagganap ng pagsipsip ng enerhiya ng mga nakalamina ay nasuri. Ang ultrasonic c-scan ay ginamit upang makita ang panloob na pinsala ng nakalamina, at ang impluwensya ng bilis ng epekto sa bali na lugar ay nasuri. Ginamit ang scanning electron microscope at ang ultra-depth-depth na tatlong-dimensional na mikroskopikong sistema upang obserbahan ang mga mesoscopic na katangian ng pagkasira ng sample, at ang pinsala ng sample ay nasuri ng humid heat environment. Ang epekto ng mga tampok.
2 Mga pang-eksperimentong materyales at pamamaraan
2. 1 Materyal at paghahanda
Carbon fiber epoxy resin (T300/EMl 12) composite material, pre-immersion na ibinigay ng Jiangsu Hengshen Co., Ltd., single-layer pre-immersion na kapal ng 0. 137 mm na may fiber volume fraction na 66%. Ang laminate panel ay inilatag sa sahig ng layer. , laki 115mm x 115mln. Ang proseso ng pagbuo ng hot-press tank ay ginagamit. Ang diagram ng proseso ng paggamot na inihanda ng proseso ay ipinapakita sa Figure 1. Unang itaas ang tirahan mula sa temperatura ng silid sa 80 oC sa bilis ng pag-init na 1 hanggang 3 oC/min, pagkatapos ay panatilihing mainit-init sa loob ng 30 min, init hanggang 130 oC sa bilis ng pag-init na l13 oC/min, panatilihing mainit sa 120 min, bawasan sa 600C sa isang pare-pareho ang paglamig rate, at pagkatapos ay alisin ang presyon at release, at bitawan.
2. 2 Wet heat treatment
Matapos ang paghahanda ng ispesimen, ang sample ay wet-heat-treated alinsunod sa detalye ng HB 7401-96.171 "Resin-based composite composite layer wet hot environment moisture absorption experimental method". Una, ang ispesimen ay inilalagay sa isang thermostatic drying chamber sa 70 degrees C upang matuyo. Regular na tumitimbang gamit ang mga balanse hanggang sa ang pagkawala ng kalidad ng ispesimen ay maging matatag sa hindi hihigit sa 0. 02%, ang naitala na halaga sa oras na ito ay Engineering Dry Mass G. Pagkatapos ng pagpapatuyo, ang ispesimen ay inilalagay sa 70 degrees C ng tubig para sa wet heat treatment. Ayon sa detalye ng HB 7401. Ang pamamaraan na tinukoy sa 96 "ay sumusukat sa kalidad ng ispesimen araw-araw, na naitala bilang Gi, at nagtatala ng pagbabago ng moisture absorption Mi. Ang moisture absorption expression ng CFRP laminate specimen ay:
Ang pormula ay detalyado: Ang Mi ay ang moisture absorption ng specimen, Gi ang kalidad pagkatapos masipsip ng sample ang moisture, g, go ay ang dry state quality ng specimen engineering.
2. 3 Mga Eksperimento sa Epekto
Ang high-speed impact experiment sa CFRP laminate ay isinagawa sa isang high-speed air cannon na may diameter na 15 mm. Ang high-speed impact test device (tingnan ang Figure 2) ay kinabibilangan ng high-speed air gun, laser speed measurement device bago at pagkatapos ng impact, bullet body, specimen installation fixture (itaas na kanang sulok ng Figure 2), at bullet body safety recovery device. Ang bullet body ay isang cone-headed cylindrical bullet (Figure 2), at ang volume ng bullet ay 24. 32 g na may diameter na 14. 32 mm; ang bilis ng epekto ay 45 m/s (enerhiya ng epekto 46 J), 68 m/s (enerhiya ng epekto 70 J), 86 m/s (enerhiya ng epekto 90 J) epekto.
2. 4 Pagtuklas ng pinsala sa mga specimen
Matapos maapektuhan ng epekto, ang carbon fiber color epoxy composite composite laminate layer edgout plate ay ginagamit upang makita ang panloob na epekto ng pinsala ng CFRP laminate plate, at ang projection area ng impact damage area ay sinusukat ng image analysis software na UTwim, at ang mga detalyadong feature ng cross-sectional na pagkasira ay sinusunod sa pamamagitan ng pag-scan ng mikroskopyo ng ultra-3D electron ng patlang ng system.
3 Mga resulta at talakayan
3. 1 Mga katangian ng pagsipsip ng kahalumigmigan ng mga specimen
Sa kabuuan na 37. 7 d, ang average ng saturated moisture absorption ay 1. 780%, na may diffusion rate na 6. 183x10. 7lllnl2/s. Ang moisture absorption curve ng CFRP laminate specimen ay ipinapakita sa Figure 3. Tulad ng makikita mula sa Figure 3, ang unang rate ng paglago ng moisture absorption ng specimen ay linear, pagkatapos ng linear stage, ang growth rate ng moisture absorption ay nagsisimula nang bumaba, na umaabot sa isang steady na antas ng estado ng pagsipsip pagkatapos ng humigit-kumulang 23 d na pagsipsip. oras. Samakatuwid, ang moisture absorption ng specimen ay umaayon sa two-stage moisture absorption mode: ang unang yugto ng moisture absorption ay dahil sa magkasanib na pagkilos ng temperatura at halumigmig, ang moisture sa pamamagitan ng materyal mismo ay naglalaman ng mga pores, butas, bitak at iba pang mga depekto na kumakalat sa loob ng materyal; Ang pagsasabog ng tubig ay mabagal at unti-unting umabot sa saturation sa yugtong ito.
3. Ang maliwanag na mga katangian ng pagkasira ng 2-layer laminate board
Bilis ng epekto ng 86 m/s kapag ang specimen harap, sa likod ng maliwanag na pagkasira profile mapa, sa pamamagitan ng dry room temperatura sample, wet hot saturation ispesimen harap pagkawasak hugis ay mas katulad, ang dalawang specimens sa epekto, dahil sa mga basag na pundasyon, ang pagkawasak nito kasama ang unang layer ng fiber ay may isang tiyak na slip. Nagiging sanhi ito ng harap na mag-render ng isang elliptical o rectangular na hugis, at bilang karagdagan sa kakayahang makita ang bitak sa substrate, ang mga hibla ay makikitang masira. Sa pamamagitan ng dry room temperatura sample, basa mainit saturation sample sa likod ng pagkasira ng hugis ay makikita na ang likod kasama ang direksyon ng epekto ay may isang tiyak na umbok, at nagtatanghal ng isang cross-shaped crack. Kitang-kita na ang fiber fracture, base cracking at interlayer fracture (layering) ay tatlong anyo ng pagkasira, ang huling bahagi ng fiber ay itinataas ngunit hindi nasira, layering lang at fiber/base cracking. Iba rin ang fiber fracture, gaya ng makikita sa paghahambing ng frontal at back damage. Ang harap ay nagiging sanhi ng bali ng hibla at ang substrate dahil sa compression at paggugupit. Ang likod ay dahil sa pag-uunat sanhi ng hibla upang masira at magpatong ng substrate. Ang Figure 4 ay isang shock speed na 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s kapag ang specimen internal damage C scan. Ang lugar na ipinahiwatig ng tinatayang round l grey na linya sa gitna ng figure ay ang inaasahang lugar ng damagehole. Ang itim na linya sa itaas at ibaba ng bawat maliit na tsart ay nagpapahiwatig ng lugar para sa likod na lugar ng pagbabalat ng ispesimen. Ang lugar na minarkahan sa puting linya sa figure (b) (d) (f) ay ang panloob na pinsala sa ispesimen sa kahabaan ng hangganan. Ipinapakita ng graph na tumataas ang enerhiya ng epekto habang tumataas ang bilis ng epekto. Ang laminated plate ay nakaka-absorb ng mas maraming enerhiya sa panahon ng impact (tingnan ang Figure 6 para sa mga partikular na halaga), na nagreresulta sa pagtaas ng lugar ng projection ng laminate damage: sa pamamagitan ng paghahambing ng sample ng dry room temperature sa larawan ng wet hot saturation specimen, makikita na mayroong panloob na pinsala (white line) ng specimen na ginawa sa kahabaan ng boundary sa wet-hot specimen na proseso, pangunahin sa proseso ng pagsipsip. Ang plasticization ng substrate sa laminate plate at ang pagpapahina ng fiber-base interface ay nagiging sanhi ng hangganan na magkaroon ng isang tiyak na epekto sa laminate plate sa panahon ng proseso ng epekto. Ayon sa figure, ang likod ng pagbabalat na lugar (itim na linya) ng ispesimen sa isang tuyong estado ay hindi gaanong naiiba mula sa wet hot saturation state.
3. Ang mga detalyadong mapanirang tampok ng 3-layer na panel
Ang cross-sectional damage feature map ng CFRP layer joint plate, na kinunan ng ultra-depth 3D microsystem at ang scanning electron mirror, na may impact speed na 45 m/s, tuyo at basa at mainit, ay nagpapakita na ang pinsala ng specimen sa parehong estado ay may kasamang tatlong anyo ng pagkasira: fiber fracture, base cracking at interlayer fracture. Ngunit ang base ng dalawang ispesimen ay iba ang basag. Ang pag-crack ng substrate sa isang tuyong estado ay basag sa koneksyon sa pagitan ng hibla at ang substrate. Gayunpaman, ang pag-crack ng substrate pagkatapos ng wet heat treatment ay sinamahan ng mga fragment ng substrate na nahuhulog. Wold-esenbet at iba pang mga materyales sa wet at mainit na kapaligiran ng epekto ng pagganap ng istraktura ng istraktura at fiber substrate interface marawal na kalagayan sama-sama tinutukoy, sa wet mainit na kapaligiran, CFRP layer plate sa resin base karanasan pagsipsip ng isang tiyak na halaga ng tubig, seeping tubig ay magiging sanhi ng resin substrate upang matunaw. Ang carbon fiber ay hindi sumisipsip, pagkatapos ay dapat mayroong wet expansion sa pagitan ng dalawa, ang pagkakaiba na ito ay nagpapahina sa interface sa pagitan ng substrate at ng fiber, binabawasan ang lakas ng substrate. Kapag sumailalim sa pag-load ng epekto, ang mga fragment ng substrate ay madaling matanggal, na nagreresulta sa isang pagkakaiba mula sa interface ng pagkasira ng sample ng dry room temperature. Mula sa detalyadong istraktura ng na-scan na electric mirror, makikita na ang pag-crack ng basa at mainit na post-base na katawan ay higit sa lahat ang maluwag na pag-crack ng press break, habang ang pag-crack bago ang basang init ay higit na malutong, at ang pahalang na gupit na crack sa pagitan ng mga layer ay mas kitang-kita. Mula sa optical microscope sa figure, makikita na ang mga form ng pagkawasak ay naiiba sa dalawang kaso, at ang dry state ay per-inter-cutting destruction. Upang i-cut ang pagkawasak higit sa lahat, pagkatapos ng basa na init para sa anyo ng pagkawasak na sinamahan ng makabuluhang layered na pagkasira, ang proporsyon ng layered na pagkasira ay pinalawak. Ito ay makikita mula sa anggulo ng mekanismo ng pagkawasak at mga katangian ng pagsipsip ng enerhiya. Inilagay ni Mei Zhiyuan ang dalawang yugto ng projectile invasion: ang cutting stage at ang tuloy-tuloy na invasion stage. Ang A area sa wet hot sample ay ang shear intrusion stage destruction, higit sa lahat dahil sa proseso ng epekto, ang layering plate ay compressed at sheared ang pagbuo ng deformation deformation, b area ay ang tuloy-tuloy na invasion stage destruction. Ang yugtong ito ay higit sa lahat dahil sa pagbabawas ng bilis ng panghihimasok ng katawan ng bala sa ilalim ng pagkilos ng bahagi ng kahabaan ng stress ng fibrous layer, at ang enerhiya ay pangunahing na-convert sa fiber stretch strain energy at ang interlayer fracture energy (l 51), upang ang fiber break el at ang nakaraang fiber break ay wala sa isang tuwid na linya. Sa dry sample, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hindi halata, at ang pinsala ng plato ay mas seryoso, ang layer plate ay may crack na estado. 3. 4 Ang pagsipsip ng enerhiya at damagehole projection area analysis Figure 5 ay nagpapakita ng kaugnayan sa pagitan ng dry room temperature at wet hot saturation ng launch speed at energy loss ng katawan, sa insidente na bilis ng mga 45 m/s, ang dry room temperature ng bullet all rebound, kaya hindi ipinapakita sa figure. Tulad ng makikita mula sa Figure 7, kapag ang pagsubok ay nasubok sa ilalim ng wet thermal saturation, ang pagkawala ng enerhiya ng bala ay seryoso, at ang kapasidad ng pagsipsip ng sample pagkatapos ng wet heat treatment ay tumataas.
Ang Figure 6 ay isang graph diagram ng projection area ng bullet body incident speed at ang CFRP layer damage hole (ang kulay abong linya ay nagmamarka ng bahagi ng Figure 4), ang komprehensibong figure (4), (5), (6) ay makikita: (1) sa pagtaas ng impact speed, ang CFRP layer layer damage hole projection area ay tumataas ;(2) Ang lugar ng projection na iyon ay mas malaki ang lugar ng projection ng dry room ng sample kaysa sa mainit na lugar ng pagkasira. saturation; (3) kapag ang bilis ng epekto ay humigit-kumulang 45 m/s, ang projection area ng damagehole ng laminated plate pagkatapos ng wet heat treatment ay mas malaki kaysa sa projection area ng laminated plate damage hole sa dry room temperature state. Wet thermal saturation sample damage l-hole projection area ay tumaas ng 85. 1% at sa isang shock speed na halos 68 m / s, ang laminated plate sa isang wet at thermal saturation state ay nadagdagan ng 18. 10%, ang halaga ng pagsipsip (Figure 5) ay nadagdagan ng 15. 65%; Sa bilis ng epekto na halos 88 m / s, ang laminated plate sa wet at thermal saturation state ay nabawasan ng 9. 25%, ang halaga ng pagsipsip ay tumaas pa rin ng 12. 45%.
Batay sa mga resulta ng pananaliksik ng Yucheng Zhong at iba pang mga produkto, ang moisture absorption ng carbon fiber-reinforced composite materials ay nagpapabuti sa elastic limit at impact resistance ng laminate plate, at pinagsasama ang inaasahang lugar ng damagehole hole ng dry room temperature specimen at ang basang mainit na saturation specimen sa papel na ito (Figure 4 sa lugar ng ugnayan ng speed ng project sa gray na linya) ang CFRP layer damage hole, at ang layered damage ng CFRP layer joining board ay maihahambing kapag ang impact speed ay pareho at mababa. Ang lugar ng damagehole ng wet hot saturation specimen ay medyo malaki. Ito ay dahil sa ang wet heat treatment ay gumagawa ng CFRP layer substrate plasticization, pagpapahina hibla at substrate interface at interlayer pagganap, sa epekto, ang wet heat saturation estado ng ispesimen layered pinsala expansion, ang proporsyon ng pinsala nadagdagan. Batay sa Wu Yixuan at iba pang mga eksperimento, alam na ang epekto ng enerhiya sa vertical na direksyon ng paving ay pangunahing hinihigop ng resin substrate, kung gayon ang plasticization ng substrate ay ginagawang mas maraming enerhiya ang basa at mainit na saturation specimen sa panahon ng proseso ng epekto, nagpapabuti sa resistensya ng epekto, at pinatataas ang lugar ng projection ng butas ng pinsala; Ang pagkasira ng laminate ng CFRP ay hindi pa ganap na pinalawig, ang epekto ay natapos na, kaya kapag ang bilis ng epekto ay mas mataas, ang wet heat treatment sa CFRP laminate damage projection area ay hindi na seryoso, ngunit dahil sa plasticization ng substrate resin, ang kapasidad ng pagsipsip ay tumataas pa rin.
4 Konklusyon
(1) Sa pagtaas ng bilis ng epekto, ang inaasahang lugar ng damage hole ng carbon fiber reinforced epoxy resin composite (CFRP) laminate ay tumataas, at ang growth rate ng damage 孑L hole sa sample sa dry room temperature ay mas mataas kaysa sa ilalim ng wet heat saturation. Malaki: (2) Kapag 45 m/s ang impact velocity, ang damage projection area ng CFRP laminate sa wet heat saturation state ay tataas ng 85. 11%, kapag ang impact velocity ay 68 m/s, ang damage projection area ng CFRP laminate sa wet heat saturation state ay nadagdagan ng 18% na temperatura ng kwarto kumpara sa dry room na laminate. 10%, ang bilis ng epekto ay 86m / s. Ang wetted-saturated cFRP laminate damage projection area ay nababawasan ng 9.9% kumpara sa dry room temperature na cFRP laminate. 25%; (3) Matapos maapektuhan ng mainit at mahalumigmig na kapaligiran ang cFRP laminate, nababawasan ang interlayer performance ng laminate, na nagreresulta sa pagpapalawak ng delamination area.
Oras ng post: Hun-24-2019