【摘 要】
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传统泡沫夹芯结构复合材料具有轻质、高强、高比强度、高比模量、隔音隔热以及良好的抗冲击性能等优势,被广泛应用于航空航天、海洋工程、医疗器械等领域。但在实际应用中,制品难免受到多次低速冲击的影响,例如海浪拍打、冰雹以及碎石撞击等,易凸显出泡沫夹芯结构阻抗低、易分层的缺陷,严重影响制品的使用寿命以及安全性能。故,在厚度方向引入缝线提升制品的层间性能以及抗冲击韧性。本文针对缝合/未缝合泡沫夹芯结构复合材料
【基金项目】
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国家自然科学基金（51763016）； 江西省创新驱动“5511”工程科技创新人才项目（20165BCB18012）；
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传统泡沫夹芯结构复合材料具有轻质、高强、高比强度、高比模量、隔音隔热以及良好的抗冲击性能等优势,被广泛应用于航空航天、海洋工程、医疗器械等领域。但在实际应用中,制品难免受到多次低速冲击的影响,例如海浪拍打、冰雹以及碎石撞击等,易凸显出泡沫夹芯结构阻抗低、易分层的缺陷,严重影响制品的使用寿命以及安全性能。故,在厚度方向引入缝线提升制品的层间性能以及抗冲击韧性。本文针对缝合/未缝合泡沫夹芯结构复合材料进行了不同能量下的多次低速冲击试验、损伤面板无损检测以及拐点曲线的数学公式拟合。本文主要研究内容包括:（1）不同冲击次数下缝合/未缝合泡沫夹芯结构复合材料低速冲击试验研究。采用真空辅助传递模塑（VARTM）工艺制备制备了铺层为【45~0/-45~0/0~0/90~0】2s的缝合/未缝合碳纤维泡沫夹芯结构复合材料,对同种类型试件进行不同冲击次数下的冲击试验,并利用Micro-CT、深度计对不同冲击次数下的试样进行无损检测,揭示在15J冲击能量下不同冲击次数下缝合/未缝合的低速冲击损伤及结构动力学演变状态。对15J冲击能量下多次冲击缝合/未缝合泡沫夹芯结构复合材料损伤阻抗进行了研究。结果表明:在15J的冲击能量下,面板层间损伤从冲击表面至材料内部主要损伤模式不同,其损伤面积呈递增状,靠近泡沫的第7～8的层间分层所带来的损伤面积最大。此外,缝线树脂柱能够有效提升泡沫夹芯结构的抗冲击性能,与未缝合相比,缝合碳纤维泡沫夹芯结构复合材料在相同冲击次数下的残余最大冲击载荷的提升幅度为33.4%～48.1%。（2）不同冲击能量下的缝合/未缝合泡沫夹芯结构复合材料的冲击行为、损伤阻抗和损伤容限试验研究。采用10J、15J、20J冲击能量对复合材料进行不同冲击次数下的冲击行为研究,获得不同冲击次数下的冲击载荷与时间、位移历史曲线图、吸收能量与时间关系曲线、凹坑深度及层间损伤面积;并获得了不同冲击能量下凹坑深度、层间损伤面积与冲击次数的关系。分析了不同冲击能量下缝线树脂柱对泡沫夹芯结构的作用机理。结果表明:在10J的冲击能量下,除靠近泡沫的第7～8的层间分层所带来的损伤面积最大,其纤维面板内部层间损伤面积逐渐递减,缝合纤维面板损伤面积大于未缝合结构;在20J的冲击能量下,碳纤维泡沫夹芯结构层间损伤面积由表面至底部逐渐增加,缝合结构损伤面积大于未缝合结构,不同层间损伤值差距较小。随着能量的增加,纤维面板以及层间损伤破坏速率增加,突破拐点之后,缝合/未缝合结构的的凹坑深度差值增大。
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