1 Giriş
Karbon fiber takviyeli epoksi kompozit (CFRP), düşük yoğunluk, yüksek özgül mukavemet, yüksek özgül sertlik, yorulma direnci, korozyon direnci ve iyi mekanik özellikler gibi birçok avantaja sahiptir. Havacılık ve diğer çevresel olarak zorlu yapılarda, nemli ısı ve darbede yaygın olarak kullanılır. Çevresel faktörlerin malzemeler üzerindeki etkisi giderek daha belirgin hale gelmektedir. Son yıllarda, yerli ve yabancı bilim insanları, sıcak ve nemli ortamın CFRP kompozitler üzerindeki etkileri [1] ve darbenin CFRP kompozitler üzerindeki etkisi üzerine çok sayıda çalışma yürütmüştür. Çalışma, sıcak ve nemli ortamın CFRP kompozitler üzerindeki etkisinin matrisin plastikleştirilmesini [2, çatlama [31 ve zayıflamış fiber-matris arayüz özellikleri [2'3'5], artan ıslak ısıl işlem süresiyle CFRP kompozit bükülmesini) içerdiğini bulmuştur. Performansın mekanik özellikleri [2, kurşun ve tabakalar arası kesme özellikleri [2, 1 ve statik çekme özellikleri [3'6'7] aşağı yönlü bir eğilim göstermiştir. Woldesenbet ve ark. [8,9], ıslak ısıl işlemden sonra yüksek gerilme hızlarında kompozitlerin darbe mekanik özelliklerini inceledi ve sıcak ve nemli ortamın kompozitlerin darbe dayanıklılığını iyileştirdiğini elde etti. Kompozit malzemelerin nem emiliminin, yarı-statik koşullar altındaki deneysel sonuçlardan oldukça farklı olan belirli koşullar altında malzemelerin darbe mekanik özelliklerini iyileştirebileceği ortaya çıktı. Mevcut ana araştırma çalışması, nemli ısının (suya daldırma dahil) elyaf takviyeli reçine matrisli kompozitlerin düşük hızlı darbe özellikleri üzerindeki etkisidir. Pan Wenge ve arkadaşları [10], oda sıcaklığında ve sıcak ve nemli koşullar altında (65 °C suya daldırma) düşük hızlı darbeden sonra iki boyutlu dokunmuş fiberglas/epoksi kompozit laminatların basınç özelliklerini inceledi. 4. Sıcak ve nemli ortamdaki laminat, düşük hızlı şoktan sonra elde edilir. Sıkıştırma performansı önemli ölçüde azalır. Karasek ve arkadaşları [1], nem ve sıcaklığın grafit/epoksi kompozitlerin darbesi üzerindeki etkilerini inceledi ve bunları düşük sıcaklık ve oda sıcaklığı ortamlarında elde etti. Nemin, hasarın başlangıç enerjisi ve enerji emilimi üzerinde çok az etkisi vardır. Yucheng zhong ve arkadaşları [12,13], ıslak ısıl işlemden sonra kompozit laminatlar üzerinde düşük hızlı darbe testi gerçekleştirdiler. Sıcak ve nemli ortamın laminatın darbe hasarını önemli ölçüde azalttığı sonucuna varıldı. Laminatların darbe direncini artırın. Krystyna ve arkadaşları [14], ıslak ısıl işlemden sonra (70 °C suya daldırma) aramid-cam elyaf/epoksi kompozitin düşük hızlı darbesini incelediler ve ıslak ısıl işlemden sonra daha küçük bir darbe hasarı alanı elde ettiler. Bu, numunenin içinde delaminasyon hasarına neden olur, darbe sırasında daha fazla enerji emer ve delaminasyon oluşumunu engeller. Yukarıdakilerden, nemli ısı ortamının kompozit malzemelerin darbe hasarı üzerindeki etkisinin teşvik edici ve zayıflatıcı bir etkiye sahip olduğu görülebilir. Bu nedenle, daha fazla araştırma ve doğrulamaya ihtiyaç vardır. Darbe açısından, Mei Zhiyuan ve arkadaşları [15], yüksek hızlı darbe altında elyaf takviyeli kompozit laminatların iki aşamalı (kesme penetrasyonu ve sürekli penetrasyon) penetrasyon dinamikleri analiz modelini önerdiler ve oluşturdular. Guiping Zhao ve arkadaşları [16], üç çeşit laminattan sonra numunenin darbe performansı ve hasarı üzerinde üç çeşit farklı hız (balistik limit hızından daha az, ona eşit ve ondan daha büyük) uyguladı, ancak darbe hasarı üzerindeki nemli ısı ortamının etkisini içermedi. Yukarıdaki literatüre dayanarak, ıslak ve sıcak ortamın elyaf takviyeli kompozit laminatlar üzerindeki etkisine ilişkin ilgili araştırmalar henüz daha fazla araştırılmamıştır. Bu makalede, ıslak ısıyla doymuş karbon fiber/epoksi kompozit laminatların 70 °C su banyosu koşulları altındaki darbe hasarı özellikleri incelenmiştir. Sıcak ve nemli ortamın kompozitlerin darbe hasarı özellikleri üzerindeki etkileri, kuru oda sıcaklığındaki numunelerle karşılaştırılarak analiz edilmiştir. Deneyde, CFRP laminatlar CFRP laminatlara 45 m/s, 68 m/s ve 86 m/s hızlarında çarptırılmıştır. Darbeden önce ve sonra hız ölçülmüştür. Sıcak ve nemli ortamın laminatların enerji emilim performansı üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Laminatın iç hasarını tespit etmek için ultrasonik c-tarama kullanıldı ve darbe hızının kırık alan üzerindeki etkisi analiz edildi. Taramalı elektron mikroskobu ve ultra-derinlik-derinlik üç boyutlu mikroskobik sistem, numune hasarının mezoskopik özelliklerini gözlemlemek için kullanıldı ve numunenin hasarı nemli ısı ortamı tarafından analiz edildi. Özelliklerin etkisi.
2 Deneysel materyaller ve yöntemler
2. 1 Malzeme ve hazırlık
Karbon fiber epoksi reçine (T300/EMl 12) kompozit malzeme, ön daldırma Jiangsu Hengshen Co., Ltd. tarafından sağlanmıştır, %66 lif hacim oranına sahip 0,137 mm tek katmanlı ön daldırma kalınlığı. Laminat panel, katmanın tabanına serilir. , boyut 115 mm x 115 mln. Sıcak pres tankının şekillendirme işlemi kullanılır. İşlemle hazırlanan kürleme işlemi diyagramı Şekil 1'de gösterilmiştir. Önce, 1 ila 3 oC/dakika ısıtma hızıyla oda sıcaklığından 80 oC'ye kadar ısıtın, sonra 30 dakika boyunca sıcak tutun, 113 oC/dakika ısıtma hızıyla 130 oC'ye kadar ısıtın, 120 dakikada sıcak tutun, 60 oC'ye düşürün0C sabit bir soğutma hızında soğutulur ve daha sonra basınç kaldırılıp serbest bırakılır.
2. 2 Islak ısıl işlem
Numunenin hazırlanmasından sonra, numune HB 7401-96.171 "Reçine bazlı kompozit kompozit tabaka ıslak sıcak ortam nem emilimi deneysel yöntemi" spesifikasyonuna uygun olarak ıslak ısıl işleme tabi tutuldu. İlk olarak, numune kuruması için 70 derece C'de termostatik bir kurutma odasına yerleştirilir. Numunenin kalite kaybı %0,02'den fazla olmayacak şekilde sabitlenene kadar teraziler kullanılarak düzenli olarak tartılır, bu sırada kaydedilen değer Mühendislik Kuru Kütlesi G'dir. Kurutmadan sonra, numune ıslak ısıl işlem için 70 derece C'lik suya yerleştirilir. HB 7401 spesifikasyonuna göre. 96'da belirtilen yöntem "numunenin kalitesini her gün ölçer, Gi olarak kaydedilir ve nem emilimindeki değişimi Mi kaydeder. CFRP laminat numunesinin nem emilimi ifadesi şudur:
Formül detaylı olarak şöyle: Mi numunenin nem emilimi, Gi numunenin nemi emdikten sonraki kalitesi, g, go numunenin kuru haldeki mühendislik kalitesidir.
2. 3 Etki Deneyleri
CFRP laminat üzerindeki yüksek hızlı darbe deneyi, 15 mm çapındaki yüksek hızlı bir hava topu üzerinde gerçekleştirildi. Yüksek hızlı darbe test cihazı (bkz. Şekil 2), yüksek hızlı hava tabancası, darbeden önce ve sonra lazer hız ölçüm cihazı, mermi gövdesi, numune yerleştirme fikstürü (Şekil 2'nin sağ üst köşesi) ve mermi gövdesi emniyet kurtarma cihazını içerir. Mermi gövdesi koni başlı silindirik bir mermidir (Şekil 2) ve merminin hacmi 14,32 mm çapında 24,32 g'dır; darbe hızı 45 m/s (darbe enerjisi 46 J), 68 m/s (darbe enerjisi 70 J), 86 m/s (darbe enerjisi 90 J) darbedir.
2. 4 Numunelerde hasar tespiti
Darbeye maruz kaldıktan sonra, karbon fiber renkli epoksi kompozit kompozit laminat tabaka kenarlı levha, CFRP laminat levhanın iç darbe hasarını tespit etmek için kullanılır ve darbe hasarı alanının projeksiyon alanı, görüntü analiz yazılımı UTwim ile ölçülür ve kesitsel yıkımın ayrıntılı özellikleri taramalı elektron mikroskobu ve ultra alan derinliği 3D mikroskobik sistem ile gözlemlenir.
3 Sonuçlar ve tartışmalar
3. 1 Numunelerin nem emilim özellikleri
Toplam 37. 7 gün, doymuş nem emiliminin ortalaması 1. 780%, difüzyon hızı 6. 183x10. 7lllnl2/s'dir. CFRP laminat numunesinin nem emilim eğrisi Şekil 3'te gösterilmiştir. Şekil 3'te görülebileceği gibi, numunenin nem emiliminin başlangıç büyüme hızı doğrusaldır, doğrusal aşamadan sonra nem emiliminin büyüme hızı azalmaya başlar, yaklaşık 23 gün sonra sabit durum seviyesine ulaşır ve bir süre sonra nem emilim doygunluğuna ulaşır. Bu nedenle, numunenin nem emilimi iki aşamalı nem emilim moduna uygundur: nem emiliminin ilk aşaması sıcaklık ve nemin ortak etkisinden kaynaklanır, malzemenin kendisinden geçen nem gözenekler, delikler, çatlaklar ve malzemenin içine yayılan diğer kusurları içerir; Su difüzyonu yavaştır ve bu aşamada kademeli olarak doygunluğa ulaşır.
3. 2 katlı laminat levhanın belirgin tahribat özellikleri
Darbe hızı 86 m/s olduğunda, numunenin önü, arkası belirgin tahribat profili haritası, kuru oda sıcaklığındaki numune, ıslak sıcak doygunluk numunesi ön tahribat şekli daha çok benzemektedir, darbedeki iki numune, temel çatlakları nedeniyle, elyafın ilk tabakası boyunca tahribatı belirli bir kaymaya sahiptir. Bu, önün eliptik veya dikdörtgen bir şekil vermesine neden olur ve alt tabakadaki çatlağı görebilmenin yanı sıra, elyafların kırıldığı da görülebilir. Kuru oda sıcaklığındaki numune, ıslak sıcak doygunluk numunesi tahribat şeklinin arkası, darbe yönü boyunca arkanın belirli bir şişkinliğe sahip olduğu ve çapraz şekilli bir çatlak sunduğu görülebilir. Elyaf kırığı, taban çatlaması ve katmanlar arası kırığın (tabakalaşma) üç tahribat biçimi olduğu açıktır, elyafın son kısmı kalkmış ancak kırılmamıştır, sadece tabakalaşma ve elyaf/taban çatlamasıdır. Elyaf kırığı da farklıdır, ön ve arka hasarın karşılaştırılmasından da görülebileceği gibi. Ön, sıkıştırma ve kesme nedeniyle elyafın ve alt tabakanın kırılmasına neden olur. Arka kısım, gerilme nedeniyle elyafın kırılmasına ve alt tabakanın katmanlaşmasına neden olur. Şekil 4, numunenin iç hasarı C taraması sırasında 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s'lik bir şok hızını gösterir. Şeklin ortasındaki yaklaşık yuvarlak gri çizgiyle gösterilen alan, hasar deliğinin izdüşüm alanıdır. Her küçük çizelgenin üstünde ve altında bulunan siyah çizgi, numunenin arka soyulma alanı için alanı gösterir. Şekil (b) (d) (f)'de beyaz çizgiyle işaretlenen alan, numunenin sınır boyunca iç hasarıdır. Grafik, darbe enerjisinin darbe hızı arttıkça arttığını göstermektedir. Lamine plaka, darbe sırasında daha fazla enerji emebilir (belirli değerler için Şekil 6'ya bakın), bu da artan bir laminat hasar izdüşüm alanıyla sonuçlanır: kuru oda sıcaklığı örneğini ıslak sıcak doygunluk numunesinin resmiyle karşılaştırarak, numunenin ıslak-sıcak doygunluk durumunda, esas olarak emilim sürecinden kaynaklanan sınır boyunca numunede iç hasar (beyaz çizgi) oluştuğu görülebilir. Laminat plakadaki alt tabakanın plastikleşmesi ve elyaf-taban arayüzünün zayıflaması, çarpma işlemi sırasında sınırın laminat plaka üzerinde belirli bir etkiye sahip olmasına neden olur. Şekle göre, numunenin kuru haldeki geri soyulma alanı (siyah çizgi), ıslak sıcak doygunluk halinden çok farklı değildir.
3. 3 katmanlı panelin detaylı yıkıcı özellikleri
Ultra derinlikli 3D mikro sistem ve taramalı elektron aynası ile 45 m/s darbe hızı, kuru, ıslak ve sıcak olarak alınan CFRP tabaka birleştirme plakasının kesitsel hasar özelliği haritası, numunenin her iki durumdaki hasarının üç tür yıkımı içerdiğini göstermektedir: lif kırığı, taban çatlağı ve katmanlar arası kırık. Ancak iki numunenin tabanı farklı şekilde çatlamıştır. Kuru haldeki alt tabakanın çatlaması, lif ile alt tabaka arasındaki bağlantıda çatlamıştır. Ancak ıslak ısıl işlemden sonra alt tabakanın çatlaması, alt tabakanın parçalarının düşmesiyle birlikte gerçekleşir. Wold-esenbet ve diğer malzemelerin ıslak ve sıcak ortamda yapının darbe performansı ve lif alt tabaka ara yüzeyinin bozulması birlikte belirlenerek, ıslak sıcak ortamda, reçine tabanındaki CFRP tabaka plakası belirli miktarda su emer, sızan su reçine alt tabakanın çözünmesine neden olur. Karbon fiber emici değildir, o zaman ikisi arasında ıslak genleşme olmalıdır, bu fark alt tabaka ile elyaf arasındaki arayüzü zayıflatır, alt tabakanın mukavemetini azaltır. Darbe yüküne maruz kaldığında, alt tabaka parçaları kolayca düşer ve kuru oda sıcaklığı numune hasar arayüzünden bir farkla sonuçlanır. Taranan elektrik aynasının ayrıntılı yapısından, ıslak ve sıcak direk-taban gövdesinin çatlamasının esas olarak pres kırılmasının gevşek çatlaması olduğu, ıslak ısıdan önceki çatlamanın esas olarak gevrek olduğu ve katmanlar arasındaki yatay kesme çatlağının daha belirgin olduğu görülebilir. Şekildeki optik mikroskoptan, iki durumda tahribat biçimlerinin farklı olduğu ve kuru durumun per-inter-cutting tahribat olduğu görülebilir. Tahribatı esas olarak kesmek için, önemli katmanlı tahribatın eşlik ettiği tahribat biçimi için ıslak ısıdan sonra, katmanlı tahribatın oranı genişledi. Tahribat mekanizmasının açısından ve enerji emilim özelliklerinden görülebilir. Mei Zhiyuan, mermi istilasının iki aşamasını öne sürdü: kesme aşaması ve sürekli istila aşaması. Islak sıcak numunedeki A alanı, esas olarak darbe sürecinde katmanlama plakasının sıkıştırılması ve yıkım deformasyonunun oluşumunu kesmesi nedeniyle kesme intrüzyon aşaması yıkımıdır, b alanı sürekli istila aşaması yıkımıdır. Bu aşama, esas olarak, lifli tabakanın gerilme gerilimi bileşeninin etkisi altında mermi gövdesi intrüzyon hızının azalmasından kaynaklanır ve enerji esas olarak lif gerilme gerinim enerjisine ve katmanlar arası kırılma enerjisine (l 51) dönüştürülür, böylece lif kopması el ve önceki lif kopması düz bir çizgide değildir. Kuru numunede, bu fenomen belirgin değildir ve plakanın hasarı daha ciddidir, katman plakası çatlama durumuna sahiptir. 3. 4 Emilim enerjisi ve hasar deliği projeksiyon alanı analizi Şekil 5, kuru oda sıcaklığı ile fırlatma hızının ıslak sıcak doygunluğu ve gövdenin enerji kaybı arasındaki ilişkiyi gösterir, yaklaşık 45 m/s'lik olay hızında, merminin kuru oda sıcaklığı tüm geri tepme, bu nedenle şekilde gösterilmemiştir. Şekil 7'de görüldüğü üzere, test ıslak termal doygunluk altında yapıldığında mermi enerji kaybı ciddi olmakta ve ıslak ısıl işlem sonrası numunenin emme kapasitesi artmaktadır.
Şekil 6, mermi gövdesi olay hızı ve CFRP tabaka hasar deliğinin izdüşüm alanının grafik diyagramıdır (gri çizgi Şekil 4'ün bir kısmını işaretler), kapsamlı şekil (4), (5), (6) görülebilir: (1) darbe hızının artmasıyla, CFRP tabaka tabaka hasar deliği izdüşüm alanı artar; (2) kuru oda sıcaklığında numunedeki hasar deliğinin izdüşüm alanı, ıslak sıcak doygunluktakinden daha büyüktür; (3) darbe hızı yaklaşık 45 m/s olduğunda, ıslak ısıl işlemden sonra lamine plakanın hasar deliğinin izdüşüm alanı, kuru oda sıcaklığı durumunda lamine plaka hasar deliğinin izdüşüm alanından çok daha büyüktür. Islak termal doygunluk numunesi hasar deliği izdüşüm alanı %85,1 arttı ve yaklaşık 68 m/s'lik bir şok hızında, ıslak ve termal doygunluk durumundaki lamine plaka %18,10 arttı, emilim değeri (Şekil 5) %15,65 arttı; Yaklaşık 88 m/s'lik bir çarpma hızında, lamine levhanın ıslak ve termal doygunluk halindeki darbe dayanımı %9,25 oranında azalırken, emilim değeri hala %12,45 oranında artmıştır.
Yucheng Zhong ve diğer ürünlerin araştırma sonuçlarına göre, karbon fiber takviyeli kompozit malzemelerin nem emilimi, laminat plakanın elastik sınırını ve darbe direncini iyileştirir ve bu makalede kuru oda sıcaklığı numunesinin hasar deliği deliğinin projeksiyon alanını ve ıslak sıcak doygunluk numunesini birleştirir (Gri çizgideki Şekil 4) Mermi gövdesi olay hızı ve CFRP tabaka hasar deliğinin projeksiyon alanı ile ilişki diyagramı ve CFRP tabaka birleştirme levhasının katmanlı hasarı, darbe hızı aynı ve düşük olduğunda karşılaştırılabilir. Islak sıcak doygunluk numunesinin hasar deliği alanı nispeten büyüktür. Bunun nedeni, ıslak ısıl işlemin CFRP tabaka alt tabakasının plastikleşmesini, elyaf ve alt tabaka arayüzünü ve katmanlar arası performansı zayıflatmasını, darbede, numunenin ıslak ısı doygunluk durumunun katmanlı hasar genişlemesini, hasar oranını artırmasıdır. Wu Yixuan ve diğer deneylere dayanarak, dikey döşeme yönündeki darbe enerjisinin esas olarak reçine alt tabakası tarafından emildiğini, daha sonra alt tabakanın plastikleştirilmesinin ıslak ve sıcak doygunluk numunesinin darbe işlemi sırasında daha fazla enerji emmesini sağladığını, darbe direncini iyileştirdiğini ve hasar deliğinin projeksiyon alanını artırdığını biliyoruz; CFRP laminat hasarı tam olarak uzatılmamıştır, darbe sona ermiştir, bu nedenle darbe hızı daha yüksek olduğunda, CFRP laminat hasar projeksiyon alanındaki ıslak ısıl işlem artık ciddi değildir, ancak alt tabaka reçinesinin plastikleştirilmesi nedeniyle emilim kapasitesi hala artmaktadır.
4 Sonuçlar
(1) Darbe hızının artmasıyla, karbon fiber takviyeli epoksi reçine kompozit (CFRP) laminatın hasar deliğinin yansıtılan alanı artar ve kuru oda sıcaklığında numunedeki hasar 孑L deliğinin büyüme hızı, ıslak ısı doygunluğu altındakinden daha yüksektir. Büyük: (2) Darbe hızı 45 m/s olduğunda, ıslak ısı doygunluk durumundaki CFRP laminatın hasar yansıtma alanı %85,11 artar, darbe hızı 68 m/s olduğunda, ıslak ısı doygunluk durumundaki CFRP laminatın hasar yansıtma alanı, kuru oda sıcaklığı durumundaki CFRP laminata kıyasla %18 artar. %10, darbe hızı 86 m/s'dir. Islak-doymuş cFRP laminat hasar yansıtma alanı, kuru oda sıcaklığındaki cFRP laminata kıyasla %9,9 oranında azalır. %25; (3) cFRP laminat sıcak ve nemli ortamdan etkilendikten sonra, laminatın ara katman performansı azalır ve bunun sonucunda delaminasyon alanı genişler.
Gönderi zamanı: 24-Haz-2019