三维整体中空复合材料低速冲击性能.pdf
《三维整体中空复合材料低速冲击性能.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《三维整体中空复合材料低速冲击性能.pdf(5页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第3 0 卷第1 0 期 2 0 0 9 年l O 月 纺织学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 3 0 N o 1 0 O c t 2 0 0 9 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 9 ) 1 0 0 0 7 0 0 5 三维整体中空复合材料低速冲击性能 曹海建,钱坤,魏取福,李鸿顺 ( 江南大学纺织服装学院,江苏无锡2 1 4 1 2 2 ) 摘要为深入了解三维整体中空复合材料的低速冲击性能,制作了满足要求的测试件。选取2 种不同芯层高度 的复合材料进行低速冲击实验研究,即x 寸5m i l l 厚的
2、材料进行不同级别能量的低速冲击实验;对7m i l l 厚的材料进行 铝蒙皮前后低速冲击对比实验。借助O R I G I N 软件对材料低速冲击过程中的主要参数( 速度、位移、冲击载荷、吸收 能垦等) 进行分析。结果表明:低速冲击过程中的初始损伤能量可用来表征材料的破坏程度;铝蒙皮有利于增强材 料的抗低速冲击性能。 关键词三维整体中空复合材料;低速冲击;复合成型;冲击载荷;能量吸收 中图分类号:T B3 3 2文献标志码:A L o w - v e l o c i t yi m p a c tp r o p e r t yo f3 Di n t e g r a t e dh o l l o w
3、s a n d w i c hc o m p o s i t e s C A OH a i j i a n ,Q I A NK u n ,W E IQ u f u ,L IH o n g s h u n ( C o l l e g eo fT e x t i l e sa n dC l o t h i n g ,J i a n g n a nU n i v e r s i t y ,W u x i ,J i a n g s u2 1 4 1 2 2 ,C h i n a ) A b s t r a c tn er e q u i r e ds a m p l e sw e r em a d e
4、i no r d e rt os t u d yt h el o w v e l o c i t yp r o p e r t yo f3 - Dh o l l o ws a n d w i c h c o m p o s i t e s 7 r h es a m p l e sw e r et w ok i n d so f3 - Dh o l l o ws a n d w i c hc o m p o s i t e sw i t hd i f f e r e n ts a n d w i c hh e i g h t s i e 5m m ( I ) a n d7i n t o ( 1
5、I ) ,a n d ( I ) W a Ss u b j e c t e dt ot h el o w - v e l o c i t yi m p a c to fv a r i o u se n e r g yl e v e l s , w h i l e ( I I ) W a Ss u b j e c t e dt oac o m p a r a t i v el o w v e l o c i t yi m p a c tu n d e rt h ec o n d i t i o n sw i t ha l u m i n u ms k i nc o v e r o rw i t
6、h o u tt h a tC o v e r I m p a c tp a r a m e t e r ss u c ha si m p a c tv e l o c i t y ,d i s p l a c e m e n t ,i m p a c tl o a da n da b s o r b e d e n e r g yw e r ea n a l y z e di nv i r t u eo fO R I G I Ns o f t w a r e I tW a Sf o u n dt h a tt h ei n i t i a ld a m a g ee n e r g yc a
7、 nb eu s e dt o c h a r a c t e r i z et h ed e g r e eo fi m p a c td a m a g eo n3 一Dh o l l o ws a n d w i c hc o m p o s i t e s I h e3 Dh o l l o ws a n d w i c h c o m p o s i t e sc o v e r e dw i t ha l u m i n u ms k i nf a c i l i t a t e st oe n h a n c ei t si m p a c tr e s i s t a n c
8、e K e yw o r d s3 - Di n t e g r a t e dh o l l o ws a n d w i c hc o m p o s i t e ;l o wv e l o c i t yi m p a c t ;m o l d i n g ;i m p a c tl o a d ;a b s o r b e d e n e r g y 三维整体中空复合材料是一种新型的夹芯材 料,国外称之为三明治结构。该材料主要由1 0 0 的E G l a s s 纤维织造而成,其三明治结构通过Z 向 纤维整体连接织物的上、下2 个层面。三维整体 中空复合材料具有优异的整体性能,克服了
9、传统蜂 窝、泡沫等夹层复合材料易分层、耐冲击性能差的缺 点2 一引。 三维整体中空复合材料最早由荷兰的P a r a b e a m B V 公司开发b “o ,目前已大面积广泛用于船身、机 翼、油罐的夹层、各种地板、隔墙等。国外学者对该 材料的研究较早:S h y r 等n3 研究了这种材料的低速 冲击性能,分析了材料的失效形式和破坏特征; V u u r e 等旧。研究了织物参数对材料基本力学性能的 影响,并用有限元进行了分析;H o s u r 等旧。研究了蒙 皮对材料冲击性能的影响。国内对该材料的研究尚 处于起步阶段,在复合成型技术、力学性能和低速冲 击性能等方面研究尚显不足。 本文利
10、用落锤装置,对实验件进行低速低能量 的冲击实验,研究了三维整体中空复合材料在不同 级别能量下的抗低速冲击性能和材料在铝蒙皮作用 下的抗低速冲击性能( 在实际应用中,中空板材表面 通常会附上一层蒙皮,如膜、铝板等,以保护作为骨 收稿日期:2 0 0 8 1 0 1 7修回日期:2 0 0 9 0 5 0 6 基金项目:江苏省科技支撑计划项目( B E 2 0 0 8 0 1 7 ) 作者简介:曹海建( 1 9 7 9 一) ,男,博士生。研究方向为纺织复合材料的研发。钱坤,通讯作者,E - m a i l :q i a r I k 吼一8 1 6 3 c o m 。 万方数据 PDF Water
11、mark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 0 期曹海建等:三维整体中空复合材料低速冲击性能 7 1 架材料的中空板材) 。借助O R I G I N 软件处理得到 材料损伤时速度、位移、冲击载荷、吸收能量等参数 随时问变化规律。这些结果为进一步研究三维整体 中空复合材料的力学性能奠定了基础。 1 试件制备 1 1 原材料 三维整体中空复合材料预制件( 机织物) ,经密 为1 5 根c m ( 其中地经为1 0 根c m ,绒经为5 根c m ) , 纬密为8 根c m ,织物面密
12、度分别为8 5 0 、8 8 0 、 9 4 0g ,m 2 。经纬纱原料选用1 9 8t e x 玻璃纤维。 树脂体系:树脂选用环氧W S R 6 1 8 ( 无锡树脂 厂) ,固化剂采用聚酰胺6 5 1 。,稀释剂采用环氧丙烷 丁基醚6 6 0 ( 5 0 1 ) 。树脂基体配方为m ( 环氧树脂) : m ( 固化剂) :m ( 稀释剂) = 1 0 0 :5 0 :3 0 。 1 2 试件的制备 本文采用手糊成型法n 例制作了符合质量要求 的三维整体中空复合材料,结构见图1 。试件高度 分别为5 、7m m ,面板厚度均为0 3 6m m ,纬向芯材与 面板夹角约成8 0 。根据低速冲
13、击测试标准中规定 的试件尺寸,对板块进行分割,得到符合要求的实验 件,每种实验件数量为5 。 图13 - D 中空复合材料结构图 F i g 1 S t r u c t u r eo f3 - Dh o n o ws a n d w i c hc o m p o s i t e 2 低速冲击实验 2 1 实验装置 三维整体中空复合材料的低速冲击实验装置如 图2 所示。 图2 低速冲击实验装置图 F i g 2D i a g r a mo ft e s t i n ge q u i p m e n to nl o w - v e l o c i t y 试件夹持在2 块钢板之间,冲击部分是直径为
14、 7 6m m 的圆形区域,夹板四周用螺栓紧固;冲头是一 个直径为1 2 7m i l l 的钢质半球形端部,冲头轴线与 板平面垂直,冲击物的质量为3 3 8 5k g ,通过调整冲 头下落高度来控制冲击能量和速度。 数据采集系统主要由加速度传感器( C A Y D 1 3 9 T ) 和信号采集系统组成,见图3 。加速度传感器 基本参数:灵敏度为1 3 5p C ( m s 。) ;频率范围为 1 1 0k H z ,允许的最大加速度为2 1 0 4I I l s ,工作 温度为一4 0 1 5 0 ,质量为5g ,最大横向灵敏度 5 。信号采集系统主要由D L P - 4 电荷电压滤波积
15、分放大器、I N V 3 0 6 D 智能信号采集处理分析仪和 D A S P 专业版软件3 部分组成。 低速 一I 加速度传感器卜呻 D L P - 4 一l 焉竺嚣 电荷电压 冲击 滤波积分 实验 放大器 装置 - - - t 触发卜_ +叫 计算机 图3 实验系统框图 F i g 3 F r a m ed i a g r a mo ft e s t i n gs y s t e m 2 2实验原理 2 2 1 材料吸收的能量 根据能量公式n ,落锤瞬时最大冲击动能E 为 E = 丢M 矿 ( 1 ) 式中:M = 3 3 8 5k g ,为落锤质量;E 为瞬时最大冲 万方数据 PDF W
16、atermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 7 2 纺织学报 第3 0 卷 击速度。材料损伤时吸收的能量为 A E = 寺肘( 矿一瞬) ( 2 ) 式中:v f 为落锤被实验件反弹后瞬时最大反向速 度;肘口表示落锤由于复合材料板材受冲击后弹 性变形能释放而获得的动能。 2 2 2 冲击载荷及位移 冲击过程中,冲击载荷计算公式为 F ( ) :M 口( ) :M 掣 ( 3 ) I L l 冲击点位移计算公式为 r I S ( t ) = ly ( t ) d t( 4 ) J0
17、 式中:o ( t ) 取自记录所得加速度对时间的曲线; V ( t ) 为t 时刻落锤的速度;S ( t ) 为落锤在t 时刻的 位移。 2 3 实验方法 2 3 1 不同级别能量的低速冲击 选取厚度为5I n l n 的试样进行不同级别能量低 速冲击测试。试样规格均为1 0 0n l l n 1 0 0m m ,冲击 能量范围为5 一1 0J ,能量大小通过调节冲击头高度 实现,具体参数见表1 。 2 3 2 铝蒙皮前后的低速冲击 选取厚度为71 2 1 1 1 的试样进行铝蒙皮前后低速 冲击测试,铝板的厚度为0 3m i l l 。试样规格见表1 。 表1 试件低速冲击实验参数 T a
18、b 1 T e s t i n gp a r a m e t e r so fs a m p l e so nl o w - v e l o c i t y 注:1 7 号样品均为5 m 厚中空材料;8 、9 号样品为7 m l T I 厚中 空材料,其中9 号样品附上0 3t m 铝板。 3 结果与分析 3 1 不同级别能量的低速冲击性能 图4 示出不同级别能量冲击后5m m 三维整体 中空复合材料的损伤破坏形貌。其中图4 ( a ) 一( f ) 分别示出5 一1 0J 能量冲击下,材料正面破坏形貌; 图4 ( h ) ( m ) 分别示出5 l OJ 能量冲击下,材料反 面的破坏形貌。图
19、5 示出低速冲击时载荷随时间的 变化曲线。 图4 材料在5 l OJ 能量冲击下的正、反面损伤破坏形貌 F i g 4 P i c t u r e so fi m p a c td a m a g eo fs a m p l e sa tt o p ( a ) 一( f ) a n db o t t o m ( h ) 一( m ) s u r f o _ c e 8i m p a c t e dw i t he n e r g yr a n g i n gf r o m5t o1 0J 图5 不同级别能量冲击下载荷随时间的变化曲线 F i g 5 b a dv e r s u gt i m
20、ef o r3 - Dh o l l o ws a n d w i c hc o m p o s i t e sa td i f f e r e n tl e v e le n e r g y 4 2 O 8 6 4 2 0 l l O O O O z 芒梧瓣 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 0 期曹海建等:三维整体中空复合材料低速冲击性能 7 3 由图4 结合试件观察发现:1 ) 当冲击能量为 l 。4J 时,试件表面( 受冲击面) 没有目
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 三维 整体 中空 复合材料 低速 冲击 性能
链接地址:https://www.31doc.com/p-3698536.html