Prüfung der Schlagfestigkeit von Verbundwerkstoffen
1. Testmethode für Aufprall bei niedriger Geschwindigkeit
Um das Schlagverhalten von Materialien unter realen Bedingungen zu simulieren, haben Forscher eine Vielzahl experimenteller Methoden vorgeschlagen.Je nach tatsächlicher Aufprallsituation wird der Aufprall im Allgemeinen in Aufprall mit hoher Geschwindigkeit und Aufprall mit niedriger Geschwindigkeit unterteilt.
Ein Hochgeschwindigkeitsaufprall wird auch als ballistischer Aufprall bezeichnet.Da dem Aufprall mit hoher Geschwindigkeit in der Luft- und Raumfahrt sowie im Militär große Aufmerksamkeit gewidmet wird, wurden zahlreiche experimentelle Untersuchungen zum Aufprall mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt.Beim Hochgeschwindigkeitsaufprall wird normalerweise ein Projektil mit kleiner Masse verwendet, um das Material mit höherer Geschwindigkeit zu treffen, und hauptsächlich werden Luftgewehre zum Abfeuern von Projektilen verwendet, um das Hochgeschwindigkeitsaufprallverhalten von Verbundwerkstoffen zu untersuchen, wie in der Abbildung dargestellt:
Der Aufpralltest bei niedriger Geschwindigkeit simuliert normalerweise den Aufprall eines Objekts mit großer Masse auf die Oberfläche des Materials bei niedrigerer Geschwindigkeit, z. B. das versehentliche Herunterfallen eines Werkzeugs während einer Reparatur. Für Versuche wird normalerweise ein Fallgewichtstestgerät verwendet Simulation.
Abbildung 2 Fallhammer-Prüfgerät
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass Form, Qualität und Geschwindigkeit des Projektils einen erheblichen Einfluss auf den Versagensmechanismus von Verbundwerkstoffen haben werden.Beispielsweise haben Forscher viel über den Zusammenhang zwischen der Form des Hammerkopfes und dem Schlagverhalten von Verbundwerkstoffen geforscht.Im Allgemeinen gilt: Je schärfer der Hammerkopf verwendet wird, desto lokalisierter ist der Schadensbereich des Materials durch Aufprall, und die Hauptversagensart ändert sich von Delamination zu Matrixversagen und -beschädigung.Faserbrüche.
2. Der Einfluss von Umweltfaktoren auf die Aufprallleistung bei niedriger Geschwindigkeit
Strukturteile aus Verbundwerkstoffen müssen im Langzeitgebrauch komplexen Umwelteinflüssen wie hohen Temperaturen, niedrigen Temperaturen, feuchter Hitze und thermischen Zyklen ausgesetzt sein.Studien haben gezeigt, dass sich die mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen unter dem Einfluss dieser Umgebungen erheblich verändern.Durch thermische Wechselwirkungen verringert sich in der Regel die Biege- und Querzugfestigkeit des Verbundwerkstoffs und es entstehen zahlreiche Mikrorisse in der Matrix.
Verwenden Sie hauptsächlich Umweltvorbehandlungs- und Umweltsimulationstests, um die Auswirkungen von Umwelteinflüssen zu untersuchen.Die sogenannte Umweltvorbehandlung besteht darin, das zu prüfende Verbundmaterial vorab zur Verarbeitung in eine bestimmte Umgebung zu bringen und das verarbeitete Material anschließend einem Aufpralltest mit niedriger Geschwindigkeit bei Raumtemperatur zu unterziehen.Beim Umweltsimulationstest wird das Verbundmaterial beim Aufprall in die Umweltkammer gegeben.Mit dieser Methode wird die Wirkungsleistung der Komponenten in verschiedenen Serviceumgebungen untersucht.
3. Die Auswirkung von Materialeigenschaften auf die Schlagleistung bei niedriger Geschwindigkeit
Fasern werden häufig als Verstärkung bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen verwendet.Gleichzeitig hat die Leistung der Faser als Hauptlastträger großen Einfluss auf die Gesamtschlagfestigkeit des Verbundwerkstoffs.Zu den Fasern, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie hauptsächlich verwendet werden, gehören:Kohlefaser, Glasfaserund Kevlar-Faser.Aufgrund der einzigartigen Sprödigkeit von Kohlefasern ist die Schlagfestigkeit von kohlefaserverstärkten Harzmatrix-Verbundwerkstoffen schwächer als die von Glasfasern und Kevlar-Fasern.
Die Matrix faserverstärkter Verbundwerkstoffe auf Harzbasis spielt bei Verbundwerkstoffen eine äußerst wichtige Rolle.Die Harzmatrix ist untrennbar mit der Aufgabe verbunden, Lasten zu übertragen, die Ausrichtung der Fasern aufrechtzuerhalten oder die Integrität des Materials aufrechtzuerhalten.Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die mechanischen Eigenschaften von duroplastischen Harzen zwar besser sind als die von thermoplastischen Harzen, die vernetzte Molekularstruktur von duroplastischen Harzen jedoch zu einer geringeren Zähigkeit führt, was sie anfälliger für Ausfälle unter Stoßbelastung macht.
Die Grenzfläche übernimmt die Aufgabe, die Last auf die Faser im Verbundwerkstoff zu übertragen, sodass die Leistung der Grenzfläche die Gesamtleistung des Verbundwerkstoffs beeinflusst.Das Verbundmaterial mit schlechter Grenzflächenbindung zwischen Faser und Matrix weist eine geringere Festigkeit und Steifigkeit auf, und eine zu starke Bindung macht das Material spröde.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 14. Okt. 2021