碳纤维板的落球法冲击实验分析

  碳纤维增强复合材料是由增强碳纤维材料与基体材料经过缠绕.模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料,具有比强度高、比模量大、材料性能可设计性强、抗腐蚀性和耐久性能好.热膨胀系数与混凝土相近等优良特性。冲击试验能研究材料抵抗动载荷的能力,与静载荷相比,动荷载与材料的接触时间很短,瞬间冲击力远大于静力载荷,使材料暴露出在静力加载的作用下难以显现的特点和缺陷。因此,复合材料的动力特性与静力特性往往有很大差异。为研究纤维复合材料的力学特性,国内外学者开展了大量工作,取得了一些卓有成效的成果。

  研究人员研究了碳纤维板在低速冲击作用下的抗冲击损伤能力,并分析了复合材料板在受低速冲击作用时的能量吸收特性以及碳纤维复合材料结构低速冲击响应的标度。

碳纤维板

  冲击实验研究给纤维增强复合材料在冲击作用下的分析提供了广泛的理论依据,但绝大多数研究都是以落锤冲击试验为研究点进行研究。落锤冲击试验的锤头较为尖锐,在冲击过程中较易给纤维层合板带来侵彻破坏,因而便于研究层合板在发生破坏时的力学特性和形态变化。

  在实际工程领域中,冲击作用另一种较为常见的形式是对碳纤维板所产生的面力冲击荷载,纤维板的背面受张拉,先产生基体开裂破坏,然后产生纤维撕裂破坏,使层合板失去防护功能。落锤冲击试验法不能直接反映出材料在实际工程领域的抗冲击特性,例如道路防撞护栏受汽车冲撞时产生面力影响, 为切合工程实际,更好地模拟实际中的冲击形态,采用落球冲击试验法代替落锤冲击试验法。

  与落锤冲击相比,落球冲击的冲击载荷历程曲线在大体趋势上是一致的,但由于受力面随冲击过程的变化逐渐变大,因此并未出现在锤头尖端冲切板体所导致的初始曲线区域剧烈波动并且荷载出现明显掉落的现象,此外,相对落锤冲击过程中,由于分层破坏以及严重的纤维抽拔所引起的曲线剧烈波动,基于落球法的荷载时程曲线在整个冲击历程中都较为平滑。