不同纤维增强的复合材料层板低速冲击损伤研究.docx

不同纤维增强的复合材料层板低速冲击损伤研究
摘要
本文研究了不同纤维增强的复合材料层板低速冲击损伤。采用了球形冲击头及万能试验机进行实验，选用了碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维三种不同纤维增强的复合材料进行测试。通过对实验结果的分析，得出了不同纤维增强的复合材料在低速冲击下的损伤情况。研究结果可以为复合材料的设计和应用提供理论支持。
关键词：复合材料；纤维增强；低速冲击；损伤；碳纤维；玻璃纤维；芳纶纤维
引言
复合材料作为一种新型材料，在机械制造、航空航天等领域得到了广泛应用。复合材料的优越性能和广泛应用，使其在各个行业的开发和应用中得到了越来越广泛的关注。
复合材料的性能与材料的组成、结构和制造工艺等因素密切相关。其中，纤维增强是决定复合材料性能的关键因素之一。不同类型的纤维增强材料具有不同的机械和物理性能，对复合材料的性能影响很大。
由于工程中常常发生低速冲击的情况，因此研究不同纤维增强的复合材料在低速冲击下的损伤情况具有重要的意义。本文通过实验研究不同纤维增强的复合材料在低速冲击下的损伤情况，并分析了其损伤机理，旨在为复合材料的设计和应用提供理论支持。
实验材料与方法
实验材料
本文实验选用了碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）和芳纶纤维（AFRP）三种不同纤维增强的复合材料作为研究对象。其中，CFRP采用了预浸料和热固性树脂，GFRP和AFRP采用了树脂浸渍后的预制片。三种复合材料层板的厚度均为3mm。
实验方法
实验采用了JISK7127-1988标准中的标准球形冲击头，并使用维氏硬度计对冲击头进行了校准。实验过程中使用了万能试验机，测试速度为1m/s。
实验过程中，将不同纤维增强的复合材料固定在试验机的夹持器上，球形冲击头在试样表面偏心1cm处施加冲击力。对每种材料进行了5次测量，并计算其平均值。在实验过程中，使用高速摄像技术记录了试样在冲击过程中的变形情况。
结果与分析
碳纤维增强复合材料
在低速冲击力为1000N、冲击时间为1ms的条件下，CFRP试样的峰值变形量为0.123mm，恢复率为0.79。在冲击力达到2000N时，CFRP的变形量为0.204mm，其恢复率为0.77。在碳纤维增强复合材料试样内部，冲击产生的应力集中在纤维束周围，导致纤维束的断裂和层间剥离。在高速摄像中观察到，试样表面出现了裂纹和横向的层间剥离现象。
玻璃纤维增强复合材料
在低速冲击力为1000N、冲击时间为1ms的条件下，GFRP试样的峰值变形量为0.083mm，恢复率为0.85。增加冲击力到2000N时，GFRP的变形量为0.145mm，其恢复率为0.80。在玻璃纤维增强复合材料试样内部，纤维束的断裂和层间剥离，使得试样产生了较大的变形。在高速摄像中观察到，试样表面出现了裂纹和横向的层间剥离现象。
芳纶纤维增强复合材料
在低速冲击力为1000N、冲击时间为1ms的条件下，AFRP试样的峰值变形量为0.058mm，恢复率为0.89。增加冲击力到2000N时，AFRP的变形量为0.103mm，其恢复率为0.86。在芳纶纤维增强复合材料试样内部，冲击产生的应力集中在纤维束周围，试样表面出现了较小的裂纹。在高速摄像中观察到，试样表面出现了横向的层间剥离现象。
结论
本文通过实验研究了不同纤维增强的复合材料在低速冲击下的损伤情况。通过对实验结果的分析，可以得出以下结论：
1.碳纤维增强复合材料在低速冲击下的损伤较为严重，主要表现为纤维束的断裂和层间剥离。
2.玻璃纤维增强复合材料在低速冲击下的损伤较为严重，主要表现为纤维束的断裂和层间剥离。
3.芳纶纤维增强复合材料在低速冲击下的损伤较为轻微，主要表现为横向的层间剥离。
本文研究结果对于复合材料的设计和应用具有一定的参考意义。在实际应用中，需根据实际情况选择合适的纤维增强材料。