本文關(guān)鍵詞： 低能量沖擊 損傷面積 沖擊能量門檻值 貫通傷檢測 回彈特性　出處：《北京建筑大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：復(fù)合材料自問世以來,由于其優(yōu)異的性能以及模塊化生產(chǎn)的特點,使得復(fù)合材料被廣泛的應(yīng)用于航空航天、艦船制造、建筑等各個領(lǐng)域。但是由于復(fù)合材料對沖擊很敏感,使得在遭受沖擊作用后材料的性能衰退嚴(yán)重,從而造成嚴(yán)重的安全隱患,因而對于復(fù)合材料層合板遭受沖擊后層合板損傷的研究具有非常重大的意義。本文在國家自然科學(xué)基金項目(編號:51573018)的資助下,對復(fù)合材料層合板的沖擊能量門檻值及損傷回彈特性進行了研究。本文對玻纖/環(huán)氧單向板、玻纖/環(huán)氧多向板和碳纖/環(huán)氧多向板三種類型層合板在不同沖擊能量下進行沖擊試驗,利用Keyence VHX2000C超景深三維顯微鏡對三種層合板沖擊后表面損傷形貌進行3D掃描,分析了三種類型層合板損傷面積和凹坑深度的變化規(guī)律,并利用自行研制的貫通傷檢測儀器對沖擊后層合板的滲漏情況進行了檢測,結(jié)合沖擊試驗與貫通傷檢測的實驗結(jié)果,得出了三種類型層合板的沖擊能量門檻值。最后根據(jù)層合板表面損傷形貌特征,引入因子k,得到了沖擊能量與損傷面積之間的關(guān)系式。考慮到回彈特性對表面損傷的影響,對三種不同類型層合板凹坑深度隨時間的變化的情況進行測量,得出了三種層合板受沖擊后凹坑深度的回彈特性。實驗結(jié)果表明,隨著沖擊能量和板厚的增大,層合板的損傷面積和凹坑深度也不斷增大,但玻纖/環(huán)氧復(fù)合單向板和玻纖/環(huán)氧復(fù)合多向板隨著沖擊能量的增大,變化曲線存在一個轉(zhuǎn)折點,轉(zhuǎn)折點之后變化趨緩,而碳纖/環(huán)氧復(fù)合多向板并未發(fā)現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折點。對三種類型層合板的損傷情況(包括損傷面積和凹坑深度)進行比較可以發(fā)現(xiàn),碳纖/環(huán)氧復(fù)合多向板玻纖/環(huán)氧復(fù)合多向板玻纖/環(huán)氧復(fù)合單向板。玻纖/環(huán)氧復(fù)合單向板的沖擊能量計算公式見式(4-3),玻纖/環(huán)氧復(fù)合多向板的沖擊能量計算公式見式(4-5),碳纖/環(huán)氧復(fù)合單向板的沖擊能量計算公式見式(4-7)。計算其誤差,得出玻纖/環(huán)氧復(fù)合單向板的計算誤差較大在15%以內(nèi),玻纖/環(huán)氧復(fù)合多向板與碳纖/環(huán)氧復(fù)合多向板的計算誤差較小,均在10%以內(nèi)。貫通傷檢測實驗得出玻纖/環(huán)氧復(fù)合單向板的沖擊能量門檻值為板厚的(2~3)倍;玻纖/環(huán)氧復(fù)合多向板的沖擊能量門檻值為板厚的(3~4)倍;碳纖/環(huán)氧復(fù)合多向板的沖擊能量門檻值為板厚的(2~3)倍。三種類型層合板回彈變化規(guī)律基本一致,分為三個階段。第一階段為快速回彈階段;第二階段為緩慢回彈階段;第三階段為凹坑穩(wěn)定階段。且回彈主要發(fā)生在24h以內(nèi),超過24h后,回彈可以忽略不計,認為損傷保持穩(wěn)定�；貜椔蚀笮∨判驗�,GS03GD03CS03,且回彈率的大小與沖擊能量的大小無關(guān)。
[Abstract]:Since its advent, composite materials have been widely used in aerospace, ship manufacturing, construction and other fields because of their excellent properties and the characteristics of modular production, but the composite materials are very sensitive to impact. Which makes the properties of the material decline seriously after the impact, thus causing a serious safety hazard. Therefore, it is of great significance to study the damage of composite laminates after impact. This paper is supported by the National Natural Science Foundation of China (No.: 51573018). The impact energy threshold and damage resilience of composite laminates are studied. Three types of laminates, glass fiber / epoxy multidirectional plates and carbon fiber / epoxy multidirectional laminates, were subjected to impact tests at different impact energies. The surface damage morphology of the three laminated laminates after impact was scanned by Keyence VHX2000C hyperfield 3D microscope. The changes of damage area and pit depth of three types of laminated plates are analyzed. The leakage of laminated plates after impact is detected by using the self-developed penetrating injury detection instrument. The results of impact test and penetrating injury detection are combined. The impact energy threshold of three types of laminated plates is obtained. Finally, according to the surface damage characteristics of laminated plates, the relationship between impact energy and damage area is obtained by introducing the factor k. considering the effect of springback characteristics on surface damage, By measuring the variation of pit depth with time in three different types of laminated plates, the springback characteristics of the crater depth of three kinds of laminated plates after impact are obtained. The experimental results show that with the increase of impact energy and plate thickness, The damage area and pit depth of laminates are also increasing, but the change curve of glass fiber / epoxy composite unidirectional plate and glass fiber / epoxy composite multidirectional plate has a turning point with the increase of impact energy. However, no significant turning point was found in carbon fiber / epoxy composite multidirectional plates. The damage of three types of laminates (including damage area and pit depth) was compared. Carbon fiber / epoxy composite multidirectional plate glass fiber / epoxy composite multidirectional plate glass fiber / epoxy composite unidirectional plate. Formula for calculating impact energy of glass fiber / epoxy composite unidirectional plate. Formula can be used to calculate the impact energy of carbon fiber / epoxy composite unidirectional plate. The results show that the calculation error of glass fiber / epoxy composite unidirectional plate is larger than 15%, and the calculation error of glass fiber / epoxy composite multidirectional plate and carbon fiber / epoxy composite multidirectional plate is small. The impact energy threshold of glass fiber / epoxy composite unidirectional plate is 3 times that of plate thickness, the impact energy threshold of glass fiber / epoxy composite composite plate is 3 ~ 4 times that of plate thickness, and the impact energy threshold of glass fiber / epoxy composite plate is 3 ~ 4 times that of plate thickness, and the impact energy threshold of glass fiber / epoxy composite plate is 3 ~ 4 times that of plate thickness. The impact energy threshold of carbon fiber / epoxy composite multidirectional plate is 3 times of that of plate thickness. The springback of the three types of laminated plates is basically the same, which is divided into three stages: the first stage is the fast springback stage, the second stage is the slow springback stage, the second stage is the slow springback stage, the first stage is the fast springback stage, the second stage is the slow springback stage. The third stage is pit stabilization, and the springback mainly occurs within 24 hours. After more than 24 hours, the springback can be ignored and the damage remains stable. The springback rate is in the order of GS03GD03CS03, and the rebound rate is independent of the impact energy.
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU599

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本文編號：1554345