三维编织复合材料多次应力波冲击损伤特征

三维编织复合材料在对结构件重量和冲击强度要求较高的高/低温应用场合,有着比金属材料更明显的性能/重量比优势,在高强度和轻量化零部件设计中有极大应用潜力。采用高速摄影记录冲击变形过程,用试验测试和有限元分析方法,研究三维碳纤维增强环氧树脂编织复合材料在不同环境温度单次与多次应力波加载下的横向冲击损伤性质,揭示横向冲击加载下的热力耦合损伤机制。研究发现,在单次应力波加载下,复合材料冲击面的压缩应力大于背部的拉伸应力;而在多次应力波加载下,随着试件变形背部的拉伸应力逐渐增大,大于冲击面的压缩应力。在室温下,复合材料的绝热温升集中在断裂面;而在高温下复合材料韧性增强,基体与增强体热膨胀系数的差异导致环氧树脂和碳纤维束相互挤压,绝热温升分布受编织结构的影响,表面呈散点状分布。研究表明,编织复合材料在室温和高温下的冲击损伤结构设计,为促进编织复合材料在冲击工程结构设计等领域的应用提供了理论依据。