纖維增強復合材料由于其獨特的優勢，如高比強度和剛度，在各種工業中的應用越來越多。盡管如此，由于其易碎的性質，當受到低速沖擊(LVI)作用時，很容易分層。 低速沖擊損傷會顯著降低復合材料結構的結構完整性和剩余機械性能，可導致層壓板的各種損壞，如基體開裂、脫粘、分層和纖維斷裂/失效。 因此，在設計和制造這種結構時，應考慮纖維增強塑料的面外響應。關于纖維增強復合材料的制造，通常使用各種纖維/織物，如碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等，樹脂又分為熱固性或熱塑性。

碳纖維由于其優異的面內機械性能，如高剛度和強度，已被普遍用于制造航空航天結構。然而，由于碳纖維的低韌性，它們在低速沖擊中表現出脆性行為，顯著降低了碳纖維復合材料的剩余壓縮性能，并威脅結構的完整性。為了緩解這一問題，通常將采用與玻璃纖維等其他纖維混合，這可以增加柔韌性，從而提高沖擊性能。此外，還可以降低成本。

 

   

復合材料力學微信公眾平臺：讓更多人了解你的研究成果

目前文獻中關于低速沖擊的研究大多數都是針對熱固性復合材料。熱固性樹脂在中高固化溫度范圍內具有優異的面內機械性能，但它們的抗沖擊性能很差。熱塑性復合材料是未來的整體發展趨勢，還可以回收利用，與熱固性復合材料層壓板相比，熱塑性復合材料層壓板具有良好的損傷容限和抗沖擊性能。

然而，由于傳統熱塑性樹脂(如PEEK聚醚醚酮)常溫下呈現固態，玻璃化轉變溫度高，不能使用真空輔助樹脂浸漬(VARI)工藝，因為這些樹脂需要達到高溫才能流動，因此只能通過使用昂貴的設備和高加工溫度來實現熱塑性復合材料的制造。為了解決這個問題，Arkema公司最近推出了一種新型丙烯酸甲基丙烯酸甲酯熱塑性樹脂Elium，它在室溫下是液態的，可用于VARI工藝，以提高生產率，降低勞動力和制造成本。

目前，針對在室溫下制造的熱塑性復合材料層壓板的低速沖擊行為研究甚少。為此，香港科技大學、香港中文大學、塞姆南大學、廣州市香港科大霍英東研究院、深圳大學以及廣州鹿山新材料股份有限公司的研究人員采用Elium樹脂制造了平紋UHMWPE織物、碳纖維織物以及兩種纖維組成的混合織物，并研究了鋪層順序對低速沖擊性能的影響。同時開發了適用于Abaqus/Explicit的VUMAT子程序對低速沖擊過程進行模擬，并與傳統熱固性復合材料沖擊特性進行了不同沖擊能量下的對比分析。

文章發表在復合材料領域的頂級期刊《Composites Part B: Engineering》上，題為《Investigating the roles of fiber, resin, and stacking sequence on the low-velocity impact response of novel hybrid thermoplastic composites》，感興趣的可以點擊左下角“閱讀原文”查看原始文獻鏈接。

圖1 熱塑性復合材料層壓板的接觸力-時間曲線

圖2 熱塑性復合材料層壓板的接觸力-位移曲線

圖3 不同沖擊能量下熱塑性層壓板沖擊背面損傷形式

圖4 混雜層壓板的橫截面圖

圖5熱塑性(a)和熱固性(b，c)復合材料層壓板在20 J能量沖擊下的橫截面比較

圖6 沖擊損傷四分之一有限元模型

圖7 不同工況下計算結果與實驗結果的對比

圖8 沖擊背面計算結果與實驗結果對比

原始文獻：Kazemi E ,  Shanmugam L ,  Dadashi A , et al. Investigating the roles of fiber, resin, and stacking sequence on the low-velocity impact response of novel hybrid thermoplastic composites[J]. Composites Part B Engineering, 2021, 207:108554.

本文編輯：復小力

點擊左下角“閱讀原文”可查看原始文獻

復合材料力學 | 原創作品 | 未經允許不得轉載

公眾號首頁回復以下數字可獲取相應信息  

【01】：歷史文章 【02】：投稿指南 【03】：視頻資料

【05】：技術培訓 【06】：商務合作 【10】：聯系我們