【摘要】：利用自行設(shè)計(jì)的擺錘試驗(yàn)裝置,對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)乙烯樹脂復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)開展了低速碰撞試驗(yàn)研究。通過對(duì)比分析沖擊力、試件背面中心點(diǎn)位移以及采用超聲C掃描定損技術(shù),對(duì)復(fù)合材料層合板的損傷特性進(jìn)行了詳細(xì)分析。試驗(yàn)表明,在一定碰撞能量下復(fù)合材料層合板受沖擊面出現(xiàn)明顯損傷,同時(shí)伴隨著內(nèi)部大范圍的分層損傷現(xiàn)象的發(fā)生;隨著碰撞能量的增加,層合板受沖擊面損傷程度隨之增加,背沖擊面也由無明顯損傷到出現(xiàn)基體開裂和纖維斷裂的現(xiàn)象變化;層合板內(nèi)部分層的面積與其吸收的能量有關(guān)。
【圖文】：

埽噤杓?了一套具備大沖擊能量的擺錘式碰撞試驗(yàn)裝置。通過比較分析試驗(yàn)過程中的沖擊力、層合板碰撞中心點(diǎn)背面位移以及碰撞后的沖擊損傷范圍和程度，綜合分析該層合板結(jié)構(gòu)的抗碰撞性能。1復(fù)合材料層合板碰撞試驗(yàn)?zāi)Ｐ图霸囼?yàn)裝置本文采用鋼質(zhì)錐形沖頭對(duì)3件復(fù)合材料層合板模型進(jìn)行了不同能量的碰撞試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑?0層鋪層的玻璃纖維增強(qiáng)乙烯樹脂編織復(fù)合材料層合板，每層纖維均為0°與90°正交編織，總厚度為16mm，材料性能參數(shù)如表1所示，模型長(zhǎng)寬尺寸為450mm×435mm。1.1擺錘碰撞試驗(yàn)裝置擺錘試驗(yàn)裝置的原理圖如圖1（a）所示，通過提升擺錘至預(yù)定高度后釋放，擺錘在重力作用下獲得沖擊動(dòng)量，撞擊試件完成碰撞試驗(yàn)。擺錘試驗(yàn)裝置實(shí)物圖如圖1（b）所示，主要由門型架、擺桿固定軸、擺錘頭、電動(dòng)葫蘆、電磁釋放裝置、軸承、擺桿等部件組成。擺錘頭的形式如圖1（c）所示，錘頭由鋼質(zhì)錐形沖頭、加速度傳感器、鋼質(zhì)錘體以及配重質(zhì)量塊組成。錘體重量為70kg，通過配重質(zhì)量塊可調(diào)節(jié)擺錘重量，鋼質(zhì)錐頭直徑為120mm。試驗(yàn)前通過調(diào)節(jié)擺錘頭重量可調(diào)節(jié)碰撞能量。電磁釋放裝置與電動(dòng)葫蘆繩索相連，初始狀態(tài)電磁釋放裝置通過磁力吸盤將擺桿吸住，當(dāng)通過電動(dòng)葫蘆將擺錘提升至所需高度時(shí)，對(duì)電磁吸盤進(jìn)行斷電，擺錘在重力作用下開始擺動(dòng)直到撞擊到試件。表1玻璃纖維增強(qiáng)乙烯樹脂復(fù)合材料層合板性能參數(shù)Tab.1Theperformanceparametersofglassfiberreinforcedvinylresincompositelaminatesρ/kg·m-3E11=E22/GPaE33/GPaυ12=υ13υ23G12=G13/GPaG23/GPa165021.521.50.120.283.183.18圖1擺錘碰撞試驗(yàn)裝置Fig.1Compositelaminatesimpacttestmodelinstallationdiagram·64·艦船科學(xué)技術(shù)第39卷

1.2復(fù)合材料層合板試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b方式碰撞試驗(yàn)中復(fù)合材料層合板采用四邊固支的固定方式。復(fù)合材料層合板通過22個(gè)螺栓固定在夾具上，夾具由槽鋼加工成的上夾具和2個(gè)“L”型的鋼板構(gòu)成的下夾具構(gòu)成。然后將整個(gè)模型固定在由H型鋼加工成的橫梁上，橫梁由4根立柱進(jìn)行支撐固定�，F(xiàn)場(chǎng)圖如圖2所示。2試驗(yàn)結(jié)果分析2.1試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況見表2，在碰撞試驗(yàn)過程中測(cè)量沖頭沖擊力、試件背面中心點(diǎn)位移，試驗(yàn)結(jié)束后通過超聲C掃描確定試件的損傷區(qū)域，并通過解剖的方式觀察試件損傷的模式和程度。2.2試件損傷情況及分析2.2.1試件外觀損傷情況碰撞試驗(yàn)中，3個(gè)試件受沖擊面均有明顯損傷，試件2試件3的背沖擊面也發(fā)生了小范圍的損傷，圖3為3個(gè)試件碰撞后外觀損傷情況照片。圖3（a）中試件1被錐形沖頭碰撞之后受沖擊面表面出現(xiàn)了明顯的損傷，在碰撞中心位置模型表面有些許凹陷，此區(qū)域纖維與基體都發(fā)生一定程度的損傷，同時(shí)以碰撞位置為中心，出現(xiàn)了長(zhǎng)度為5～7cm十字型的4條裂紋。圖3（d）中試件1碰撞中心背面局部區(qū)域（如實(shí)線圓圈所圍區(qū)域）發(fā)生模型顏色明顯變淺的現(xiàn)象，這可能是由于模型內(nèi)部出現(xiàn)了損傷所導(dǎo)致。圖3（b）中試件2受沖擊面表面同樣出現(xiàn)明顯損傷，在撞擊中心出現(xiàn)一定程度的凹陷，，且在撞擊中心纖維與基體都發(fā)生損傷破壞。與試件1不同的是，圍繞撞擊中心出現(xiàn)了長(zhǎng)度為7～8cm三條明顯的裂紋，相比試件1的受沖擊面裂紋長(zhǎng)度要長(zhǎng)，且在碰撞背面，基體和纖維也發(fā)生了斷裂，如圖3（e）中小實(shí)線圓所圍區(qū)域，且在此區(qū)域外圍一定范圍內(nèi)，如圖中大虛線圈圈所圍區(qū)域，同樣發(fā)生了模型顏色變淺的現(xiàn)象。試件3破壞形式與試件1和試件2類似，但是無論受沖擊面還是背沖擊面，模型破壞程度都比試件1嚴(yán)重，在受沖擊面以碰撞位置為中心，出現(xiàn)了?
【作者單位】： 華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院;武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所;洛陽艦船材料研究所;
【分類號(hào)】：TB332

【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2530184