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专家解析泡沫夹芯厚度对碳纤维复合资料泡沫夹芯板冲击性能研讨

专家解析泡沫夹芯厚度对碳纤维复合资料泡沫夹芯板冲击性能研讨

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来源:
发布时间:
2020/04/15
【摘要】:
跟着轻量化的发展,碳纤维泡沫夹芯板被广泛应用于航空航天资料、轿车零部件、医疗器材等领域。铺层相同的碳纤维泡沫夹芯结构复合资料与原有碳纤维复合资料相比,具有更高的强度和更轻重 量,在覆盖件以及承力件上的应用具有很大优势,其应用前景十分广阔。

  跟着轻量化的发展,碳纤维泡沫夹芯板被广泛应用于航空航天资料、轿车零部件、医疗 器材等领域。铺层相同的碳纤维泡沫夹芯结构复合资料与原有碳纤维复合资料相比,具有更高的强度和更轻重 量,在覆盖件以及承力件上的应用具有很大优势,其应用前景十分广阔。

  接着富瑞研制团队展开了一项针对泡沫夹芯厚度对碳纤维泡沫夹芯板击性能试验,目的是研讨在蒙皮厚度不变的前提下,碳纤维复合资料泡沫夹芯板的最大触摸冲击力、速度-位移曲线与碳纤维泡沫夹芯板结构的厚度关联如何。试验采用落锤冲击试验装置,对泡沫芯厚度分别为2.0mm、3.0mm、4.0mm的碳纤维泡沫夹芯板试件进行冲击试验:

  1、位移-冲击力曲线  

  因为泡沫芯厚度为2mm的碳纤维复合资料夹芯板冲击后分层,也可以通过位移-冲击力曲线得出,冲击过程中落锤的动量与冲量相等,即M*V=F*T击头初始质量和冲击速度不变,对应的触摸时间差 距不明显,可推断最大冲击力改变不大。通过剖析也可以得到泡沫芯厚度为3mm和4mm的资料受到的最大力分别为1207N和1196N。

  2、位移时程曲线

  泡沫夹芯2mm厚的碳纤维复合资料夹芯板冲击后分层,位移和触摸时间偏大。碳纤维泡沫夹芯板泡沫芯厚度为3mm、4mm的板材有着相似的位移时程改变曲线。但是因为泡沫4mm样品具有更大的泡沫缓 冲区域,因此泡沫芯厚度越大最大位移越大,而泡沫3mm样品的在冲击时,透过泡沫,下蒙皮承受了一定的冲击力,故对应的触摸时间相应的减小。

  3、位移-速度曲线

  因为泡沫芯厚度为2mm的碳纤维复合资料夹芯板冲击后分层,致使其位移和速度偏大。泡沫夹芯3mm、4mm厚的板材速度-位移改变趋势相似;以2.0m/s初始速度冲击复合资料泡沫板,冲头速度随位 移的上升而下降,当速度降为0m/s时,冲头对应的位移达到最大值;泡沫夹芯越厚样品具有的泡沫缓冲区域更大,故在冲击阶段泡沫夹芯厚度越大,在相同位移时对应的冲头速度也就越大;在回弹阶 段,泡沫夹芯3mm、4mm厚的板材速度-位移改变趋势相似。

  4、板材吸收能量-位移曲线

  因为泡沫芯厚2mm的碳纤维复合资料夹芯板冲击分层,导致其位移和能量偏大。泡沫芯厚3mm与4mm板材吸收能量-位移改变趋势相同。以5J的初始能量冲击碳纤维复合资料泡沫夹芯板,泡沫厚度越 厚对应的缓冲距离越高,在冲击阶段,相同位移下泡沫芯越厚板材吸收的能量越低。而泡沫3mm样品的在冲击时,透过泡沫,下蒙皮承受了一定的冲击力,故最后板材吸收的能量比泡沫4mm的要多。

  试验结束后,富瑞研制人员对冲击后夹芯板损害进行剖析,可归纳分为三种模式:

  Ⅰ型损坏:泡沫芯厚度薄2.0mm,试件上蒙皮损坏主要表现为明显的曲折变形,应力会集处蒙皮劈裂,产生轻微凹坑,纤维与基体脱粘,下蒙皮与上蒙皮完全分层,下蒙皮没有目视可见损害。

  Ⅱ型损坏:泡沫芯厚度适中3.0mm,泡沫复合资料板的缓冲距离添加,上蒙皮没有目视可见损害,应力会集处基体开裂,纤维与基体脱粘,下蒙皮与上蒙皮部分分层,下蒙皮没有目视可见损害。

  Ⅲ型损坏:泡沫芯最厚4.0mm,泡沫复合资料板的缓冲距离最长,上蒙皮没有目视可见损害,应力会集处基体开裂,纤维与基体脱粘,下蒙皮没有目视可见损害,在5J能量下,2mm泡沫厚度试样不 能承受5J能量而出现分层现象,3mm和4mm泡沫厚度的试样上表面有轻微的压痕,无可视损害;跟着夹芯厚度的提高,夹芯板的抗冲击性变好,且在5J条件下,泡沫夹芯厚度为3mm可以抵抗大部分外界的冲击。

  富瑞在碳纤维产品研制与优化方面投入巨大,在试验研讨方面,富瑞拥有众多专业仪器设备与剖析软件,例如万能力学试验机、冲击震动测试仪、高低温试验箱、Abaqus有限元剖析软件等,为客 户提供技能保障;在产品加工方面,配备完善的碳纤维产品核心生产设备,满足客户对碳纤维产品的后加工工序,同时也十分注重企业自身综合实力的提升,以达到为客户提供最优质的碳纤维产品与解决方案的目的。