“离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究.pdf

  • 文档大小:923.78 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 5页
  • 2021-11-23 发布
  • 举报
“离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究1 “离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究2 “离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究3 “离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究4 “离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究5
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:2.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共5页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
 88   材料工程/2012年9期‘‘   离位"增韧复合材料准静态压入损伤 特性研究—      QuasistaticIndentationDamageFailureofLaminated   CompositesEx-situToughened      马宏毅,安学锋,益小苏    (北京航空材料研究院先进复合材料重点实验室,北京100095)  — —  MAHongyi,ANXuefeng,YIXiao~SU       (ScienceandTechnologyonAdvancedCompositesLaboratory,Beijing     InstituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095,China)  “ ”            摘要:采用离位增韧技术对双马来酰亚胺复合材料层压板进行了层间增韧,然后对增韧和未增韧的两种双马复合材        料层压板进行准静态压入及冲击后压缩剩余强度试验研究,并用超声c扫描和热揭层对层压板的损伤进行测量。结果  “”         表明:经过离位增韧的双马复合材料层压板层间形成了热塑性树脂/热固性树脂双连续的结构,该结构不仅能抑制增         韧层压板的内部损伤面积,改善损伤阻抗,使其表面凹坑深度更明显,而且还大幅提高了其损伤容限。        关键词:复合材料层压板;层间增韧;准静态压入;损伤阻抗;损伤容限  中图分类号:TB332  文献标识码:A —— 文章编号:1001438l(2012)090088~04        “”   Abstract:ThebismaleimidecompositelaminatesweretoughenedviaEx-situtoughenedtechnique.    —        —— —— Thenthetoughenedandnon・toughenedcompositelaminatesweretestedbyusingthequasistaticin               — dentationandcompressionafterimpact,andthedamageoflaminateswasalsoinvestigatedbyultra —           sonicCscananddeply.Theresultsindicatethatthethermoplasticresin/thermosetresinbicontinuous               structureformsintheinterlayerofthetoughenedbismaleimidelaminates.Thespecialstructurecan                  inhibitthedamageareaofthetoughenedlaminatesandimprovethedamageresistanceoflaminates,                resultinginamoreapparentdentdepthonthelaminatessurface.Inaddition,thedamagetoleranceof     laminatesisalsoimproved.       Keywords:compositelaminate;interlaminartoughness;quasi~staticindentation;damageresistance;  damagetolerance            炭纤维增强复合材料(CarbonFiberReinforced        Plastics,CFRP)因其质轻高强、耐高温、抗腐蚀、热力    学性能优良等特性,在航空领域中获得了大量应用,并            由次承力件向主承力构件发展[1j,其用量已经成为衡           量飞行器结构先进的重要标志性指标之一。            飞行器在服役期间,其CFRP结构件往往会遭遇           诸如维修工具、冰雹及碎石等外来物的冲击,这些低速        冲击造成CFRP内部形成严重不可见的分层损伤。  这些损伤的存在使得结构承载能力,特别是承压能力                 显著下降,从而对飞行器结构的安全构成极大的潜在            威胁。因此国内外研究者致力于通过增韧的方法改           “  ” 善CFRP的抗冲击性。益小苏教授通过离位(Ez- “ situ)复合技术],把增韧剂组分与树脂基体组分分               离,将增韧剂控制在比较薄弱的层问,固化反应时,增              韧剂发生扩散和溶解引起层问局部相反转,从而在层              间形成具有溶度梯度的颗粒状分相结构,这样在不改 变树脂主组分功能特征的同时,大幅度提高复合材料          的韧性,并在实际应用中得到了很好的验证_s]。  “ ”         本研究通过离位增韧技术,对双马来酰亚胺树   脂复合材料U3160/6421层压板进行层间增韧,参考    “  ”   ASTMD6264M--07_6的压人方法对离位增韧和未           增韧的层压板进行压入试验并对压入层压板进行冲击         后压缩强度(CompressionAfterImpact,CAI)测试,“” 以研究离位增韧和未增韧的复合材料损伤阻抗与损   伤容限特性。   l实验    1.1原材料           BMI树脂:牌号6421,北京航空材料研究院先进复“”  离位增韧复合材料准静态压人损伤特性研究 91  的塑性变形使得压头附近的纤维拉伸断裂,纤维断裂   耗散了一部分外来能量,使得传递给内部主承载层的           能量相应减少,这就抑制了层压板内部损伤的扩展;另                    外纤维的断裂使层压板表面容易产生较明显的凹坑   (见图6)。 g g\  皇  a 等一  口  0 复、   0     图7剩余强度和压人深度关系         Fig.7TherelationshipofCAIanddisplacement                面积迅速扩大导致层压板压缩强度降低;压人深度超   过阈值后,层压板分层损伤面积也达到一个极限值,层  压板通过纤维脱粘和断裂等形式耗散外部能量。   图5层压板各界面分层面积i唧    3结论 Displacement|mm     图6凹坑深度一压人深度关系      Fig.6Therelationshipbetweendisplacement     anddentdepthoflaminates    2.2损伤容限           按照冲击后压缩强度评价复合材料耐冲击性的方                 法,对静压痕层压板进行压缩试验。增韧和未增韧层    压板在压缩过程中损伤区域出现局部弯曲,然后引起             分层屈曲,导致最终的压缩破坏发生在受压的截面处,  可观察到压缩破坏后层压板所有铺层已全部分层。             图7为剩余强度和压人深度关系图,可以看出,任              何压入深度的增韧层压板的CAI值都大于未增韧的              层压板,这是因为经过增韧的层压板中分层面积较小,                层压板的整体性要明显好于未增韧试样,在压缩过程  中能够承受更高的压缩载荷而不发生失稳破坏,表现  出更高的剩余压缩强度。            另一方面当压入深度未达到阈值(4.5mm)时,两   种层压板随着压入深度的增加,CAI值迅速降低;当压    入深度超过阈值后,层压板CAI值趋于一个定值。这   是因为阈值前层压板损伤形式以分层扩展为主,损伤“”   (1)经过离位处理的层压板具有较高的损伤阻  抗能力,在较高的接触力/接触能量下才产生初始的分   层损伤。     “ ”     (2)在受外力作用时,离位增韧的层压板层间高               韧相发生塑性变形耗散能量,抑制层间分层的产生和                扩展,从而使得增韧层压板的损伤范围限制在较小的  区域内。     (3)PAEK增韧相的存在,使得压人接触点附近            产生大的塑性变形,造成接触点附近纤维断裂,易产生       明显凹坑,便于发现损伤。“”  (4)离位增韧的层压板由于层间韧性的提高,层                 压板损伤容限能力也有大幅度的提高,使得其具有较    高的CAI值。    参考文献      [1]关志东.现代大型客机复合材料应用及技术发展[A].第十五届    复合材料学术会议论文集[c].哈尔滨:国防工业出版社,2008.8— 12.        [2]中国航空研究院.复合材料结构设计手册[M].北京:航空工业   出版社,2001.     “ ”       [3]益小苏,许亚洪,唐邦铭.离位树脂转移模塑成型加工方法 —— [P_.中国专利:02101216.4,19920918.      “”       [4]唐邦铭,益小苏,许亚洪,等.离位树脂膜渗透成形加工方法 — [P].中国专利:03105536.2,2003一O124.        [5]益小苏.先进复合材料技术研究与发展[M].北京:国防工业出   版社,2006.         [6]ASTMD6264/6264M--07,standardtestmethodformeasuring         — thedamageresistanceofafiberreinforcedpolymer-matrixcorn    —   positetOaconcentratedquasistaticindentationforceES ̄.   (下转第98页)       旨g\商警矗IBfT 98   材料工程/2012年9期 [2O] [21] [22] [23] [243 [25] [26] [27] [28] [29] [3O] [31] [32]    — —  ScienceandEngineeringA,2008,473(12):206212.          — LIShu,WUPing,FUKUDAH.eta1.Simulationofthesolidi  —     ficationofgasatomizedSn-5massPbdroplets[J].Materials   —— ScienceandEngineeringA,2009,499(12):396403.      王晓峰,赵九洲,何杰,等.Cu一13.5Sn合金雾化液滴凝固过  — 程模拟[J].金属学报,2005,41(9):923928.             LIUDM,ZHAOJZ,YEHQ.Modelingofthesolidification —      ofgasatomizedalloydropletsduringsprayforming[刀.Mater/一     —   alsScienceandEngineeringA,2004,372(12):229--234.    黄华,齐乐华,杨方,等.均匀液滴产生技术及其应用[J].制造 — 技术与机床,2008,(6):5963.       吴萍,ANDOT,HIROKIF,等.Sn-Pb合金微粒的制备和微  — 结构[J].材料研究学报,2003,17(1):9296.        — BIALIAUSKAYAV,AND0T.Nucleationkineticsofcontinu           — ouslycoolingFe一17at.Bdropletsproducedbycontrolledcapil      — laryjetbreakup[J].JournalofMaterialsProcessingTechnolo—  gY,2010,210(3):487496.            TSENGAA,LEEMH,ZHAOB.Designandoperationofa         dropletdepositionsystemforfreeformfabricationofmetalparts      EJ].JournalofEngineeringMaterialsandTechnology,2001,—  123(1):7484.      — ORMEM,LIUQ,SMITHR.Moltenaluminummicrodroplet       formationanddepositionforadvancedmanufacturingapplications  — [J].AluminumTransactionsJournal,2000,3(1):95103.        — JONESH.Aperspectiveonthedevelopmentofrapidsolidifica       tionandnon-equilibriumprocessinganditsfuture[J].Materials    — —  ScienceandEngineeringA,2001,304306:1119.             PASSOWCH.Astudyofsprayformingusinguniformdroplet sprays[D].Cambridge:MIT,1992.      — LIUQ,HUANGC,ORMEM.Mutualelectrostaticinterac      — tionsbetweencloselyspacedchargedsolderdroplets[J].Atomi        zationandSprays:JournaloftheInternationalInstitutionsfor    —  LiquidAtomizationandSpraySystems,2000,10(6):565585.       — ANDOT,CHUNJH,BLUEC.Uniformdropletsbenefitad    vancedparticulates[J].MetalPowderReport,1999,54(3):30— 34.        冯超,颜永年,张人佶.低温冰型快速成形技术中喷射技术的 [33] [34] [35] [36] [373 [383 [39] [4O] [41] [42] [43] — 研究[J].中国机械工程,2002,13(13):11281130.          ABELGK.Characterizationofdropletflightpathandmassflux —  indropletbasedmanufacturing[D].Cambridge:MIT,1994.          — CHENCA.Dropletsolidificationanditseffectsondepositmi        crostructureintheuniformdropletsprayprocess[D].Cam~  bridge:MIT,1996.          —    YIMP.Theroleofsurfaceoxidationinthebreakupoflaminar   liquidmetaljets[D].Cambridge:MIT,1996.          KIMHY.Spreadingbehaviorofmoltenmetalmicrodroplets [D].Cambridge:MIT,1999.         — CHERNGJJ.Theeffectsofdepositthermalhistoryonmicro      — structureproducedbyuniformdropletsprayforming[D].Cam  bridge:MIT,2002.          — HSIAOW.Effectsofsurfacepropertiesonsolderbumpforma     tionbydirectdropletdeposition[D].Cambridge:MIT,2003.          — TUFFILECD.Thermalstudyofinflightsolidificationofuni     —  formspraydropletsbyusingnonadiabaticcalorimetry[D].    USA:TuftsUniversity.1997.       李莉.均匀液滴喷射过程的理论建模与数值模拟[D].西安:西  北工业大学,2005.         — DIVENUTIAG,AND0T.Adendritegrowthmodelaccom        — modatingcurvedphaseboundariesandhighpecletnumbercondi   tions[J].MetallTransA,1998,29(12):3047--3056.        AQUAVIVAPJ.Modelingofdepositsolidificationindroplet  basedmanufacturing[D].Cambridge:MIT,1995.      — TAKAGIK,MASUDAS,SUZUKIH.Preparationofmonos         izedcoppermicroparticlesbypulsatedorificeejectionmethod — [J].MaterialsTransactions,2006,47(5):13801385.   基金项目:大连市科学技术基金资助项目(2010J21DW003)     收稿日期:2011-09-21;修订日期:2012-06-26           作者简介:董伟(1965一),男,博士,副教授,主要研究方向:粉末冶金   (高精度均一尺寸球形材料的制备方法研究);太阳能材料(载能束冶金          制备太阳能级多晶硅),联系地址:辽宁大连市甘井子区凌工路2号大  连理工大学新三束208(116024),E-mail:w-dong。@dlut.edu.cn                                                   米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米   (上接第91页)        [7]STEVANOVICD.Delaminationpropertiesofavinylester/glass    —  fibercompositetoughenedbyparticulatemodifiedinterlayers[D].     — Canberra:DepartmentofEngineering,AustralianNationalUni versity,2001.       [8]ALSTADTV,GERTHD,STANGLEM.Interlaminarcrack      — growthinthirdgenerationthermosetprepregsystem[J].Poly—  mar,1993,34(4):907909.           [9]矫桂琼,杨宝宁.层间增韧复合材料[乃.宇航材料工艺,2001,—  (4):3639.      [10]益小苏,许亚洪,程群峰,等.层问韧化的碳纤维复合材料层压板   — 的力学性能[J].材料研究学报,2008,22(2):337346.   —     [11]ASTMD7136/7136MO7,standardtestmethodformeasuring            thedamageresistanceofafiberreinforcedpolymermatrixcorn一 [12] [13]   —   positetoadropweightimpactevent[S].     安学锋.基于复相体系的层状化增韧复合材料研究[D].杭州:  浙江大学,2004.        HOUJP,PETRINICN,RUIZC,eta1.Predictionofimpact       damageincompositeplates[J].ComposSciandTechnol,2000,—  60(2):273281.    基金项目:国家973项目(2010CB631101)  —  — 收稿日期:2011-1024;修订日期:2012-0710      作者简介:马宏毅(1978一),男,博士研究生,从事树脂基复合材料方面           —— 研究工作,联系地址:北京市81信箱3分箱(100095),Email:ma hongyi0523@163.cor n
大叔大爷
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:2.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档