为研究碳‑玻纤维混杂层合板在弹击作用下的损伤特征及其剩余承载性能,本文结合实验测试、无损检测与有限元模拟方法,对典型直升机桨叶混杂层合板在不同入射角条件下的弹击损伤形貌及剩余强度进行了系统研究。首先,通过90°与22.5...为研究碳‑玻纤维混杂层合板在弹击作用下的损伤特征及其剩余承载性能,本文结合实验测试、无损检测与有限元模拟方法,对典型直升机桨叶混杂层合板在不同入射角条件下的弹击损伤形貌及剩余强度进行了系统研究。首先,通过90°与22.5°两种入射角的弹击试验,结合(Computed tomography,CT)扫描技术分析了弹孔形貌及内部损伤分布规律。结果表明,入射角对弹击损伤形态及剩余拉伸承载能力具有显著影响,斜向入射条件下的真实内部损伤范围明显大于表面可视弹孔区域,试件的剩余拉伸强度整体降低且离散性增大。进一步建立了考虑弹孔几何与损伤分布特征的有限元模型,并通过用户子程序引入损伤因子(User‑defined material subroutine,UMAT)描述材料强度退化,实现了弹击后拉伸失效过程的数值模拟。有限元预测结果与实验结果总体误差控制在±15%以内,验证了模型在预测弹击后层合板剩余拉伸强度方面的有效性。相关研究可为直升机桨叶等关键复合材料结构在受弹击后的损伤评估与损伤容限设计提供参考。展开更多
采用Φ50 mm SHPB系统对不同温度(25、200、400、600、800℃)处理后的HFRC进行动态压缩加载试验,同时将高温后的混凝土进行超声波试验和电子扫描显微镜(SEM)微观试验,探究试件经历不同高温变化后的损伤程度变化和微观结构演化过程。研...采用Φ50 mm SHPB系统对不同温度(25、200、400、600、800℃)处理后的HFRC进行动态压缩加载试验,同时将高温后的混凝土进行超声波试验和电子扫描显微镜(SEM)微观试验,探究试件经历不同高温变化后的损伤程度变化和微观结构演化过程。研究结果表明,以PC组为对照组,在600℃下BFRC、PFRC、SFRC、HFRC的峰值应力提升分别为28.7%、19.3%、28.8%、56.1%,HFRC增加的幅度最大,能够较好地改善力学性能;当温度为400~800℃,HFRC出现明显的力学性能劣化,微观层面表现为沿晶断裂、滑移破坏等损伤模式,与PC试件相比,HFRC试件的裂纹尺寸、孔洞密度等均显著降低,不同纤维在高温下发挥不同的作用。展开更多
采用三维编织技术和真空辅助树脂灌注成型工艺制备了碳/玻混杂三维五向编织复合材料工字梁,对不同混杂比例和不同混杂部位的复合材料工字梁进行四点弯曲测试,结合三维数字图像相关(3D Digital Image Correlation,3D-DIC)技术分析其应变...采用三维编织技术和真空辅助树脂灌注成型工艺制备了碳/玻混杂三维五向编织复合材料工字梁,对不同混杂比例和不同混杂部位的复合材料工字梁进行四点弯曲测试,结合三维数字图像相关(3D Digital Image Correlation,3D-DIC)技术分析其应变分布和损伤过程。结果表明:采用不同混杂比例时,1/3碳纤维轴纱和2/3碳纤维轴纱相比纯玻璃纤维试样的强度提升了4.5%和11.5%,随着碳纤维占比的增加,复合材料的强度逐渐提升,但提升幅度较小;而碳纤维分布位置不同时,工字梁弯曲失效形式也不同,纯玻璃纤维和碳纤维在下翼缘的2种试样属于下压头附近边缘断裂的失效形式,碳纤维在腹板、腹板和下翼缘的2种试样属于腹板前后错位倾斜的失效形式,碳纤维在上翼缘、上翼缘和下翼缘、上翼缘和腹板的3种试样都属于腹板中心纵向断裂的失效形式;结合位移-载荷曲线及失效形式分析可知,1/3碳纤维分布于上翼缘,2/3碳纤维分布于上翼缘和下翼缘时,工字梁强度及抵抗变形的能力更佳,碳纤维更适合混杂于上翼缘。展开更多
文摘为研究碳‑玻纤维混杂层合板在弹击作用下的损伤特征及其剩余承载性能,本文结合实验测试、无损检测与有限元模拟方法,对典型直升机桨叶混杂层合板在不同入射角条件下的弹击损伤形貌及剩余强度进行了系统研究。首先,通过90°与22.5°两种入射角的弹击试验,结合(Computed tomography,CT)扫描技术分析了弹孔形貌及内部损伤分布规律。结果表明,入射角对弹击损伤形态及剩余拉伸承载能力具有显著影响,斜向入射条件下的真实内部损伤范围明显大于表面可视弹孔区域,试件的剩余拉伸强度整体降低且离散性增大。进一步建立了考虑弹孔几何与损伤分布特征的有限元模型,并通过用户子程序引入损伤因子(User‑defined material subroutine,UMAT)描述材料强度退化,实现了弹击后拉伸失效过程的数值模拟。有限元预测结果与实验结果总体误差控制在±15%以内,验证了模型在预测弹击后层合板剩余拉伸强度方面的有效性。相关研究可为直升机桨叶等关键复合材料结构在受弹击后的损伤评估与损伤容限设计提供参考。
文摘采用Φ50 mm SHPB系统对不同温度(25、200、400、600、800℃)处理后的HFRC进行动态压缩加载试验,同时将高温后的混凝土进行超声波试验和电子扫描显微镜(SEM)微观试验,探究试件经历不同高温变化后的损伤程度变化和微观结构演化过程。研究结果表明,以PC组为对照组,在600℃下BFRC、PFRC、SFRC、HFRC的峰值应力提升分别为28.7%、19.3%、28.8%、56.1%,HFRC增加的幅度最大,能够较好地改善力学性能;当温度为400~800℃,HFRC出现明显的力学性能劣化,微观层面表现为沿晶断裂、滑移破坏等损伤模式,与PC试件相比,HFRC试件的裂纹尺寸、孔洞密度等均显著降低,不同纤维在高温下发挥不同的作用。
文摘采用三维编织技术和真空辅助树脂灌注成型工艺制备了碳/玻混杂三维五向编织复合材料工字梁,对不同混杂比例和不同混杂部位的复合材料工字梁进行四点弯曲测试,结合三维数字图像相关(3D Digital Image Correlation,3D-DIC)技术分析其应变分布和损伤过程。结果表明:采用不同混杂比例时,1/3碳纤维轴纱和2/3碳纤维轴纱相比纯玻璃纤维试样的强度提升了4.5%和11.5%,随着碳纤维占比的增加,复合材料的强度逐渐提升,但提升幅度较小;而碳纤维分布位置不同时,工字梁弯曲失效形式也不同,纯玻璃纤维和碳纤维在下翼缘的2种试样属于下压头附近边缘断裂的失效形式,碳纤维在腹板、腹板和下翼缘的2种试样属于腹板前后错位倾斜的失效形式,碳纤维在上翼缘、上翼缘和下翼缘、上翼缘和腹板的3种试样都属于腹板中心纵向断裂的失效形式;结合位移-载荷曲线及失效形式分析可知,1/3碳纤维分布于上翼缘,2/3碳纤维分布于上翼缘和下翼缘时,工字梁强度及抵抗变形的能力更佳,碳纤维更适合混杂于上翼缘。
