1 Kirish
Uglerod tolasi bilan mustahkamlangan epoksi kompozit (CFRP) past zichlik, yuqori o'ziga xos kuch, yuqori o'ziga xos qattiqlik, charchoqqa chidamlilik, korroziyaga chidamlilik va yaxshi mexanik xususiyatlar kabi ko'plab afzalliklarga ega. Aerokosmik va boshqa ekologik jihatdan qattiq tuzilmalarda, nam issiqlik va ta'sirlarda keng qo'llaniladi. Atrof-muhit omillarining materiallarga ta'siri tobora ortib bormoqda. So'nggi yillarda mahalliy va xorijiy olimlar issiq va nam muhitning CFRP kompozitlariga [1] ta'siri va CFRP kompozitlariga ta'siri bo'yicha ko'plab tadqiqotlar o'tkazdilar. Tadqiqot shuni ko'rsatdiki, issiq va nam muhitning CFRP kompozitlariga ta'siri matritsaning plastifikatsiyasini o'z ichiga oladi [2, yorilish [31 va zaiflashgan tola-matritsa interfeysi xususiyatlari [2'3'5], nam issiqlik bilan ishlov berish vaqtining oshishi bilan CFRP kompozit bükülmesi) Ishlashning mexanik xususiyatlari [2, qo'rg'oshin va qatlamlararo kesish xususiyatlari [2, 1 va pasayish tendentsiyasini ko'rsatdi. Woldesenbet va boshqalar. [8,9] nam issiqlik bilan ishlov berishdan so'ng yuqori kuchlanish tezligida kompozitlarning ta'sir mexanik xususiyatlarini o'rganib chiqdi va issiq va nam muhit kompozitlarning ta'sir kuchini yaxshilaganligini aniqladi. Ma'lum bo'lishicha, kompozit materiallarning namlikni yutishi ma'lum sharoitlarda materiallarning ta'sir mexanik xususiyatlarini yaxshilashi mumkin, bu kvazistatik sharoitlarda eksperimental natijalardan ancha farq qiladi. Hozirgi asosiy tadqiqot ishi nam issiqlikning (shu jumladan, suvga botirish) tola bilan mustahkamlangan qatron matritsali kompozitlarning past tezlikli ta'sir xususiyatlariga ta'siridir. Pan Wenge va boshqalar [10] xona haroratida va issiq va nam sharoitda (65 °C suvga cho'mish) past tezlikli ta'sirdan so'ng ikki o'lchovli to'qilgan shisha tolali / epoksi kompozit laminatlarning siqish xususiyatlarini o'rgandilar. 4. Issiq va nam muhit ostida laminat past tezlikda zarbadan keyin olinadi. Siqish samaradorligi sezilarli darajada kamayadi. Karasek va boshqalar. [1] namlik va haroratning grafit / epoksi kompozitlarning ta'siriga ta'sirini o'rganib chiqdi va ularni past haroratli va xona haroratidagi muhitda oldi. Namlik zararning boshlang'ich energiyasi va energiya yutilishiga juda oz ta'sir qiladi. Yucheng zhong va boshqalar [12,13] nam issiqlik bilan ishlov berishdan keyin kompozit laminatlarda past tezlikda zarba sinovini o'tkazdilar. Issiq va nam muhit laminatning zarba zararini sezilarli darajada kamaytiradi degan xulosaga keldi. Laminatlarning zarba qarshiligini yaxshilang. Krystyna va boshqalar. [14] ho'l issiqlik bilan ishlov berishdan so'ng (70 °C suvga botirish) aramid-shisha tolasi / epoksi kompozitsiyasining past tezlikda ta'sirini o'rganib chiqdi va nam issiqlik bilan ishlov berishdan keyin kichikroq zarba zarar maydonini oldi. Bu namuna ichidagi delaminatsiyaning shikastlanishiga olib keladi, bu zarba paytida ko'proq energiyani o'zlashtiradi va delaminatsiyaning shakllanishiga to'sqinlik qiladi. Yuqoridagilardan ko'rinib turibdiki, nam issiqlik muhitining kompozit materiallarning zarba zarariga ta'siri rag'batlantiruvchi va zaiflashtiruvchi ta'sirga ega. Shuning uchun qo'shimcha tadqiqotlar va tekshirish kerak. Ta'sir nuqtai nazaridan, Mei Zhiyuan va boshqalar [15] yuqori tezlikda ta'sir qilishda tolalar bilan mustahkamlangan kompozit laminatlarning ikki bosqichli (kesish penetratsiyasi va uzluksiz penetratsiyasi) penetratsion dinamikani tahlil qilish modelini taklif qildilar va yaratdilar. Guiping Zhao va boshqalar. [16] uch turdagi laminatdan so'ng namunaning ta'sir ko'rsatishi va shikastlanishi bo'yicha uch xil tezlikni (balistik chegara tezligidan kam, teng va undan katta) o'tkazdi, ammo nam issiqlik muhitining zarba zarariga ta'sirini o'z ichiga olmadi. . Yuqoridagi adabiyotlarga asoslanib, nam va issiq muhitning tola bilan mustahkamlangan kompozit laminatlarga ta'siri bo'yicha tegishli tadqiqotlar hali ham o'rganilmagan. Ushbu maqolada 70 °C suv hammomi sharoitida nam issiqlik bilan to'yingan uglerod tolasi / epoksi kompozit laminatlarining zarba shikastlanish xususiyatlari o'rganildi. Issiq va nam muhitning kompozitlarning zarba yo'qotish xususiyatlariga ta'siri quruq xona harorati namunalari bilan taqqoslash yo'li bilan tahlil qilindi. Tajribada CFRP laminatlari CFRP laminatlariga 45 m / s, 68 m / s va 86 m / s tezlikda ta'sir ko'rsatdi. Ta'sirdan oldin va keyin tezlik o'lchandi. Issiq va nam muhitning laminatlarning energiyani yutish ko'rsatkichlariga ta'siri tahlil qilindi. Laminatning ichki shikastlanishini aniqlash uchun ultratovushli c-skanerdan foydalanildi va zarba tezligining singan hududga ta'siri tahlil qilindi. Namuna shikastlanishining mezoskopik xususiyatlarini kuzatish uchun skanerlash elektron mikroskopi va ultra chuqurlikdagi uch o'lchovli mikroskopik tizim ishlatilgan va namunaning shikastlanishi nam issiqlik muhiti tomonidan tahlil qilingan. Xususiyatlarning ta'siri.
2 Tajriba materiallari va usullari
2. 1 Material va tayyorlash
Jiangsu Hengshen Co., Ltd. tomonidan taqdim etilgan uglerod tolali epoksi qatroni (T300/EMl 12) kompozit material, 66% tolalar hajmi ulushi bilan 0. 137 mm bo'lgan bir qatlamli oldindan cho'milish qalinligi. Laminat paneli qatlamning tagida yotqizilgan. , hajmi 115 mm x 115 mln. Issiq pressli tankni shakllantirish jarayoni qo'llaniladi. Jarayon bo'yicha tayyorlangan quritish jarayoni diagrammasi 1-rasmda ko'rsatilgan. Avval xona haroratini 1 dan 3 oC / min gacha bo'lgan isitish tezligida xona haroratidan 80 oC ga ko'taring, keyin 30 daqiqa davomida issiq tuting, l13 oC / min isitish tezligida 130 oC gacha qizdiring, 120 daqiqada issiq tuting, 60 ga kamaytiring.0C doimiy sovutish tezligida, so'ngra bosimni olib tashlang va qo'yib yuboring va qo'yib yuboring.
2. 2 Nam issiqlik bilan ishlov berish
Namuna tayyorlangandan so'ng, namuna HB 7401-96.171 "Qatronlar asosidagi kompozitsion qatlam nam issiq muhitda namlikni yutish eksperimental usuli" spetsifikatsiyasiga muvofiq nam-issiqlik bilan ishlov berildi. Birinchidan, namuna quritish uchun 70 daraja C haroratda termostatik quritish kamerasiga joylashtiriladi. Namuna sifatini yo'qotish 0, 02% dan ko'p bo'lmagan darajada barqaror bo'lgunga qadar muntazam ravishda tarozilar yordamida tortish, bu vaqtda qayd etilgan qiymat muhandislik quruq massasi G. Quritgandan so'ng, namuna nam issiqlik bilan ishlov berish uchun 70 daraja C suvga joylashtiriladi. HB 7401 spetsifikatsiyasiga ko'ra. 96-bandda ko'rsatilgan usul har kuni Gi sifatida qayd etilgan namunaning sifatini o'lchaydi va namlikni yutish Mi o'zgarishini qayd etadi. CFRP laminat namunasining namlikni yutish ifodasi:
Formula batafsil ko'rsatilgan: Mi - namunaning namlikni yutish qobiliyati, Gi - namuna namlikni yutgandan keyingi sifat, g, go - namuna muhandisligining quruq holati sifati.
2. 3 ta zarba tajribalari
CFRP laminatida yuqori tezlikda zarba berish tajribasi diametri 15 mm bo'lgan yuqori tezlikda ishlaydigan havo to'pida o'tkazildi. Yuqori tezlikda zarba sinov qurilmasi (2-rasmga qarang) yuqori tezlikda havo quroli, zarbadan oldin va keyin lazer tezligini o'lchash moslamasi, o'q tanasi, namunani o'rnatish moslamasi (2-rasmning yuqori o'ng burchagi) va o'q tanasi xavfsizligini tiklash moslamasini o'z ichiga oladi. O'q tanasi konus boshli silindrsimon o'qdir (2-rasm), o'qning hajmi 24, 32 g, diametri 14, 32 mm; zarba tezligi 45 m/s (zarba energiyasi 46 J), 68 m/s (zarba energiyasi 70 J), 86 m/s (zarba energiyasi 90 J) zarba.
2. 4 Namunalarning shikastlanishini aniqlash
Ta'sirdan so'ng, uglerod tolasi rangli epoksi kompozit kompozit laminat qatlami edgout plitasi CFRP laminat plitasining ichki zarba shikastlanishini aniqlash uchun ishlatiladi va zarba shikastlanish maydonining proektsion maydoni UTwim tasvirni tahlil qilish dasturi bilan o'lchanadi va kesmani yo'q qilishning batafsil xususiyatlari skanerlash elektron mikroskopi va ultra3 mikroskop tizimi orqali kuzatiladi.
3 Natijalar va muhokamalar
3. 1 Namunalarning namlikni yutish xususiyatlari
Jami 37.7 d, toʻyingan namlikning oʻrtacha yutilishi 1.780%, diffuziya tezligi 6.183x10. 7llnl2/s. CFRP laminat namunasining namlik assimilyatsiya egri chizig'i 3-rasmda ko'rsatilgan. 3-rasmdan ko'rinib turibdiki, namunaning namlik assimilyatsiyasining boshlang'ich o'sish tezligi chiziqli bo'lib, chiziqli bosqichdan so'ng namlik assimilyatsiyasining o'sish tezligi pasayishni boshlaydi, taxminan 23 kunlik namlikni yutish vaqtiga etganidan keyin barqaror holat darajasiga etadi. Shuning uchun namunaning namlik assimilyatsiya qilish ikki bosqichli namlik assimilyatsiya qilish rejimiga mos keladi: namlik assimilyatsiya qilishning birinchi bosqichi harorat va namlikning birgalikdagi ta'siridan kelib chiqadi, materialning o'zi orqali namlik materialning ichki qismiga tarqalgan teshiklar, teshiklar, yoriqlar va boshqa nuqsonlarni o'z ichiga oladi; Ushbu bosqichda suvning tarqalishi sekin va asta-sekin to'yinganlikka erishadi.
3. 2 qatlamli laminat taxtaning ko'rinadigan yo'q qilish xususiyatlari
Ta'sir tezligi 86 m / s bo'lsa, namunaning old qismi, aniq vayronagarchilik profili xaritasining orqa tomoni, quruq xona harorati namunasi bo'yicha, nam issiq to'yinganlik namunasi oldingi yo'q qilish shakli ko'proq o'xshaydi, ta'sirdagi ikkita namuna, poydevor yoriqlari tufayli, tolaning birinchi qatlami bo'ylab uning buzilishi ma'lum bir sirpanishga ega. Bu old tomonning elliptik yoki to'rtburchaklar shaklini ko'rsatishiga olib keladi va substratdagi yoriqni ko'rishdan tashqari, tolalar parchalanishini ko'rish mumkin. Quruq xona harorati namunasiga ko'ra, shaklni yo'q qilishning orqa tomonidagi nam issiq to'yinganlik namunasi, zarba yo'nalishi bo'ylab orqa tomonning ma'lum bir bo'rtiqqa ega ekanligini va xoch shaklidagi yoriqni taqdim etishini ko'rish mumkin. Ko'rinib turibdiki, tolaning sinishi, taglik yorilishi va qatlamlararo yorilish (qatlam) uchta yo'q qilish shakli, tolaning oxirgi qismi ko'tariladi, lekin buzilmaydi, faqat qatlam va tolalar / taglik yorilishi. Elyafning sinishi ham farq qiladi, bu old va orqa zararni taqqoslashdan ko'rinadi. Old qismi siqilish va kesish tufayli tola va substratning sinishiga olib keladi. Orqa tomonning cho'zilishi tufayli tolalar sinishi va substratni qatlamlashiga olib keldi. 4-rasm - namunaning ichki shikastlanishi C skanerlashda 45 m / s, 68 m / s, 86 m / s zarba tezligi. Shaklning markazida taxminan dumaloq l kulrang chiziq bilan ko'rsatilgan maydon shikastlangan teshikning prognoz qilingan maydonidir. Har bir kichik diagramma ustidagi va ostidagi qora chiziq namunaning orqa peeling maydonini ko'rsatadi. (b) (d) (f) rasmdagi oq chiziqda belgilangan maydon chegara bo'ylab namunaning ichki shikastlanishidir. Grafik shuni ko'rsatadiki, zarba tezligi oshgani sayin zarba energiyasi ortadi. Laminatsiyalangan plastinka ta'sir paytida ko'proq energiyani o'zlashtira oladi (maxsus qiymatlar uchun 6-rasmga qarang), bu laminatning shikastlanish proektsiyasining maydonini oshiradi: quruq xona harorati namunasini nam issiq to'yingan namunaning rasmi bilan solishtirganda, ho'l-issiq to'yinganlik holati yoki asosiy to'yinganlik jarayoni tufayli chegara bo'ylab hosil bo'lgan namunaning ichki shikastlanishi (oq chiziq) mavjudligini ko'rish mumkin. Laminat plastinkadagi substratning plastifikatsiyasi va tolalar-tayanch interfeysining zaiflashishi zarba jarayonida chegaraning laminat plastinkaga ma'lum ta'sir ko'rsatishiga olib keladi. Rasmga ko'ra, quruq holatda namunaning orqa peeling maydoni (qora chiziq) nam issiq to'yinganlik holatidan unchalik farq qilmaydi.
3. 3 qatlamli panelning batafsil halokatli xususiyatlari
Ultra chuqurlikdagi 3D mikrotizim va skanerlash elektron oynasi tomonidan olingan, quruq va ho'l va issiq 45 m / s ta'sir tezligiga ega bo'lgan CFRP qatlam qo'shma plitasining kesma shikastlanish xususiyati xaritasi shuni ko'rsatadiki, har ikkala holatda ham namunaning shikastlanishi uchta yo'q qilish shaklini o'z ichiga oladi: tolaning sinishi, taglik yorilishi va qatlam yorilishi. Ammo ikkita namunaning asosi boshqacha yoriladi. Quruq holatda taglikning yorilishi tolalar va substrat o'rtasidagi bog'lanishda yorilib ketadi. Shu bilan birga, ho'l issiqlik bilan ishlov berishdan keyin taglikning yorilishi, taglikning parchalari tushishi bilan birga keladi. Wold-esenbet va boshqa materiallar nam va issiq muhitda strukturaning strukturasining ta'sir ko'rsatishi va tolali substrat interfeysi degradatsiyasi birgalikda aniqlanadi, ho'l issiq muhitda, qatronlar bazasida CFRP qatlam plitasi ma'lum miqdorda suvning emilishini boshdan kechiradi, sızıntılı suv qatron substratining erishiga olib keladi. Uglerod tolasi changni yutish emas, keyin ikkalasi o'rtasida nam kengayish bo'lishi kerak, bu farq substrat va tolalar orasidagi interfeysni zaiflashtiradi, substratning kuchini pasaytiradi. Ta'sir yukiga duchor bo'lganda, substrat bo'laklari osongina tushib ketadi, natijada quruq xona harorati namunasi shikastlanish interfeysidan farq qiladi. Skanerlangan elektr oynaning batafsil tuzilishidan ko'rinib turibdiki, ho'l va issiq post-tayanch tanasining yorilishi, asosan, matbuot sinishining bo'sh yorilishi bo'lib, ho'l issiqlikdan oldin yorilish asosan mo'rt bo'lib, qatlamlar orasidagi gorizontal kesish yorilishi yanada aniqroq. Rasmdagi optik mikroskopdan ko'rinib turibdiki, ikki holatda destruktsiya shakllari har xil, quruq holat esa har bir kesishma destruktsiyadir. Vayronagarchilikni kesish uchun, asosan, ho'l issiqlikdan so'ng vayronagarchilik shakli uchun sezilarli qatlamli vayronagarchilik bilan birga, qatlamli vayronagarchilik ulushi kengaydi. Buni yo'q qilish mexanizmi va energiyani yutish xususiyatlaridan ko'rish mumkin. Mei Zhiyuan raketa hujumining ikki bosqichini ilgari surdi: kesish bosqichi va doimiy bosqin bosqichi. Ho'l issiq namunadagi A maydoni kesish intruziya bosqichini yo'q qilishdir, chunki ta'sir jarayonida qatlam plitasi siqilib, qirg'in deformatsiyasining shakllanishi, b maydoni doimiy bosqin bosqichini yo'q qilishdir. Bu bosqich, asosan, tolali qatlamning cho'zilgan kuchlanish komponenti ta'sirida o'q tanasining kirish tezligini kamaytirish bilan bog'liq bo'lib, energiya asosan tolaning cho'zilgan kuchlanish energiyasiga va qatlamlararo sinish energiyasiga (l 51) aylanadi, shuning uchun tolaning uzilishi el va oldingi tolaning uzilishi to'g'ri chiziqda bo'lmaydi. Quruq namunada bu hodisa aniq emas va plastinkaning shikastlanishi jiddiyroq, qatlam plitasi yorilish holatiga ega. 3. 4 Assimilyatsiya energiyasi va zarar teshik proyeksiya maydoni tahlili 5-rasm quruq xona harorati va ishga tushirish tezligi ho'l issiq to'yinganligi va tananing energiya yo'qolishi o'rtasidagi munosabatni ko'rsatadi, voqea tezligi taxminan 45 m / s, o'q quruq xona harorati barcha rebound, shuning uchun rasmda ko'rsatilgan emas. 7-rasmdan ko'rinib turibdiki, sinov nam termal to'yinganlik ostida sinovdan o'tkazilganda, o'q energiyasining yo'qolishi jiddiy bo'lib, nam issiqlik bilan ishlov berishdan keyin namunaning assimilyatsiya qilish qobiliyati ortadi.
6-rasmda o'q tanasining tushish tezligi va CFRP qatlamining shikastlanish teshigining proyeksiya maydonining grafik diagrammasi (kulrang chiziq 4-rasmning bir qismini belgilaydi), keng qamrovli rasmni (4), (5), (6) ko'rish mumkin: (1) zarba tezligining oshishi bilan CFRP qatlami qatlamining shikastlanish teshigi proyeksiya maydoni ortadi; to'yinganlik; (3) zarba tezligi taxminan 45 m / s bo'lsa, nam issiqlik bilan ishlov berishdan keyin laminatlangan plastinkaning shikastlanish teshigining proektsiya maydoni quruq xona harorati holatida laminatlangan plastinka shikastlanish teshigining proektsiya maydonidan ancha katta. Nam termal to'yinganlik namunasi shikastlanishi l-teshik proektsiyasi maydoni 85, 1% ga oshdi va taxminan 68 m / s zarba tezligida, nam va termal to'yinganlik holatida laminatlangan plastinka 18, 10% ga oshdi, assimilyatsiya qiymati (5-rasm) 15, 65% ga oshdi; Taxminan 88 m / s ta'sir tezligida, nam va termal to'yinganlik holatida laminatlangan plastinka 9, 25% ga kamaydi, assimilyatsiya qiymati hali ham 12, 45% ga oshdi.
Yucheng Zhong va boshqa mahsulotlarning tadqiqot natijalariga ko'ra, uglerod tolasi bilan mustahkamlangan kompozit materiallarning namlik assimilyatsiyasi laminat plitasining elastik chegarasi va zarba qarshiligini yaxshilaydi va quruq xona harorati namunasining shikastlangan teshigining prognoz qilingan maydonini va ushbu qog'ozdagi nam issiq to'yinganlik namunasini birlashtiradi (4-rasm) hodisa tezligi va bulletning diagrammasi bilan aloqasi - CFRP qatlamining shikastlanish teshigining proektsion maydoni va CFRP qatlamini birlashtiruvchi taxtaning qatlamli shikastlanishi zarba tezligi bir xil va past bo'lganda taqqoslanishi mumkin. Ho'l issiq to'yinganlik namunasining shikastlanish teshigi maydoni nisbatan katta. Bu ho'l issiqlik bilan ishlov berish tufayli CFRP qatlami substratning plastifikatsiyasi, zaiflashtiruvchi tolalar va substrat interfeysi va interlayer ishlashi, ta'sirda, namunaning nam issiqlik bilan to'yinganlik holati qatlamli shikastlanish kengayishi, zarar ulushi ortdi. Wu Yixuan va boshqa tajribalarga asoslanib, vertikal qoplama yo'nalishidagi zarba energiyasi asosan qatron substrat tomonidan so'riladi, keyin substratning plastifikatsiyasi nam va issiq to'yingan namunani zarba jarayonida ko'proq energiyani o'zlashtiradi, zarba qarshiligini yaxshilaydi va zarar teshigining proektsion maydonini oshiradi; CFRP laminatining shikastlanishi to'liq uzaytirilmagan, ta'sir tugadi, shuning uchun zarba tezligi yuqoriroq bo'lganda, CFRP laminatining shikastlanishi proektsiya maydonidagi nam issiqlik bilan ishlov berish endi jiddiy emas, lekin substrat qatronining plastiklashuvi tufayli assimilyatsiya qilish qobiliyati hali ham ortadi.
4 Xulosa
(1) Ta'sir tezligining oshishi bilan uglerod tolasi bilan mustahkamlangan epoksi qatron kompozit (CFRP) laminatining shikastlanish teshigining prognoz qilingan maydoni oshadi va quruq xona haroratida namunadagi l teshigining o'sish tezligi nam issiqlik bilan to'yinganlikdan yuqori. Katta: (2) Ta'sir tezligi 45 m / s bo'lsa, ho'l issiqlik bilan to'yingan holatda CFRP laminatining shikastlanish proyeksiya maydoni 85. 11% ga, zarba tezligi 68 m / s bo'lsa, CFRP laminatining ho'l issiqlik bilan to'yinganlik holatidagi shikastlanish proyeksiya maydoni CFRP 8% quruq harorat bilan solishtirganda. 10%, zarba tezligi 86m / s. Namlangan to'yingan cFRP laminatining shikastlanish proektsiya maydoni quruq xona haroratidagi cFRP laminat bilan solishtirganda 9,9% ga kamayadi. 25%; (3) cFRP laminatiga issiq va nam muhit ta'sir qilgandan so'ng, laminatning qatlamlararo ishlashi pasayadi, natijada delaminatsiya maydoni kengayadi.
Yuborilgan vaqt: 24-iyun, 2019-yil