碳纖維復合材料已成功應用于假肢領域產(chǎn)品的開發(fā),然而其對沖擊載荷比較敏感,受沖擊后其強度將會大幅下降。針對一種新型碳纖維復合材料假腳,開展自由落體沖擊試驗及沖擊后壓縮強度試驗,分析不同鋪層參數(shù)、不同沖擊吸收能量等因素對其沖擊損傷及剩余強度的影響規(guī)律。結果表明,對于碳纖維復合材料假腳的U形結構件,不同鋪層參數(shù)對其沖擊損傷影響顯著,且隨著0°鋪層含量的增加,試件的沖擊損傷面積越來越小,外觀損傷越來越輕;隨著沖擊吸收能量的增加,碳纖維結構件的沖擊損傷面積明顯增大,剩余壓縮強度逐漸降低。對于碳纖維復合材料假腳結構件,在0¹6 J的低能沖擊范圍內(nèi),沖擊吸收能量與其剩余壓縮強度近似呈線性關系。隨著0°鋪層含量的增加,碳纖維復合材料結構件的剩余壓縮強度逐漸提高。 

【文章來源】：機械工程學報. 2016,52(22)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

碳纖維復合材料假腳試件件的基本參數(shù)

月2016年11月王雙情等：碳纖維復合材料假腳沖擊與壓縮強度試驗57圖2假腳靜態(tài)壓縮強度試驗機表2無沖擊損傷試件靜態(tài)壓縮強度試件編號破壞應力/MPa平均破壞應力/MPaB00-017.97B00-028.857.87B00-036.78D00-0114.21D00-0213.8414.09D00-0314.22圖3未受沖擊試件壓縮斷裂外觀照片碳纖維假腳的沖擊損傷及其剩余靜強度的影響規(guī)律，本文選擇3種鋪層參數(shù)、3種沖擊吸收能量進行研究。在分析鋪層參數(shù)的影響規(guī)律時，固定沖擊吸收能量為22J，鋪層參數(shù)選擇表1中的A、B、C3種鋪層；在分析沖擊吸收能量的影響規(guī)律時，固定鋪層參數(shù)為表1中的D鋪層，選擇沖吸收擊能量分別為4J、10J、16J的3種沖擊吸收能量。3.1試驗設備由于自由落體式?jīng)_擊可以很好地再現(xiàn)諸如外物撞擊、維修工具墜落等低能沖擊，故本試驗采用落錘沖擊試驗機對碳纖維假腳進行沖擊損傷預制，試驗設備如圖4所示。沖擊設備的導軌高度為150cm。沖擊錘錘體為圓柱形，其端部為半球形，直徑是45mm，質量為1.5kg。在試驗過程中，通過調整沖頭下落高度來改變沖擊吸收能量，并采用特殊裝置以避免沖頭反彈后下落造成二次沖擊。圖4落錘沖擊試驗裝置3.2沖擊損傷檢測3.2.1不同鋪層參數(shù)試件沖擊損傷檢測對于A、B、C3種不同鋪層參數(shù)的試件，其沖擊后的外觀損傷圖形如圖5所示。圖中，白色曲線包圍的區(qū)域為正表面的沖擊損傷處。從圖5中可以看出，在相同沖擊吸收能量下，試件C22正面損傷不明顯，背面出現(xiàn)輕微裂紋；試件B22在正面出現(xiàn)了局部壓痕，且呈內(nèi)凹形，背面正中心向外拱起并出現(xiàn)纖維斷裂現(xiàn)象；與B22相比，試件A22正面凹痕更深，背面正中心向外拱起現(xiàn)象更嚴重，并且纖維斷裂、分層等損傷更突出。各試件外觀損傷的相關數(shù)據(jù)見表3。沖擊試驗結束后，利用X光機對各試件進行無損檢?

月2016年11月王雙情等：碳纖維復合材料假腳沖擊與壓縮強度試驗57圖2假腳靜態(tài)壓縮強度試驗機表2無沖擊損傷試件靜態(tài)壓縮強度試件編號破壞應力/MPa平均破壞應力/MPaB00-017.97B00-028.857.87B00-036.78D00-0114.21D00-0213.8414.09D00-0314.22圖3未受沖擊試件壓縮斷裂外觀照片碳纖維假腳的沖擊損傷及其剩余靜強度的影響規(guī)律，本文選擇3種鋪層參數(shù)、3種沖擊吸收能量進行研究。在分析鋪層參數(shù)的影響規(guī)律時，固定沖擊吸收能量為22J，鋪層參數(shù)選擇表1中的A、B、C3種鋪層；在分析沖擊吸收能量的影響規(guī)律時，固定鋪層參數(shù)為表1中的D鋪層，選擇沖吸收擊能量分別為4J、10J、16J的3種沖擊吸收能量。3.1試驗設備由于自由落體式?jīng)_擊可以很好地再現(xiàn)諸如外物撞擊、維修工具墜落等低能沖擊，故本試驗采用落錘沖擊試驗機對碳纖維假腳進行沖擊損傷預制，試驗設備如圖4所示。沖擊設備的導軌高度為150cm。沖擊錘錘體為圓柱形，其端部為半球形，直徑是45mm，質量為1.5kg。在試驗過程中，通過調整沖頭下落高度來改變沖擊吸收能量，并采用特殊裝置以避免沖頭反彈后下落造成二次沖擊。圖4落錘沖擊試驗裝置3.2沖擊損傷檢測3.2.1不同鋪層參數(shù)試件沖擊損傷檢測對于A、B、C3種不同鋪層參數(shù)的試件，其沖擊后的外觀損傷圖形如圖5所示。圖中，白色曲線包圍的區(qū)域為正表面的沖擊損傷處。從圖5中可以看出，在相同沖擊吸收能量下，試件C22正面損傷不明顯，背面出現(xiàn)輕微裂紋；試件B22在正面出現(xiàn)了局部壓痕，且呈內(nèi)凹形，背面正中心向外拱起并出現(xiàn)纖維斷裂現(xiàn)象；與B22相比，試件A22正面凹痕更深，背面正中心向外拱起現(xiàn)象更嚴重，并且纖維斷裂、分層等損傷更突出。各試件外觀損傷的相關數(shù)據(jù)見表3。沖擊試驗結束后，利用X光機對各試件進行無損檢?

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3309865