复合材料冲击损伤问题的研究现状

 
      本文综述了近年来国内外关于复合材料冲击损伤问题的研究情况，从冲击损伤类型，试验技术、影响因素、损伤机理、表征参数等五个方面作了简要的论述。着重讨论了低速冲击引起的复合材料层板内部分层开裂问题。本文还介绍了笔者关于冲击损伤问题的研究结果。

       纤维增强复合材料具有很高的比刚度和比强度，是飞行器、汽车和体育器械等理想的结构材料。目前影响这一技术发展的问题之一是损伤问题。复合材料常常以板壳形式存在于结构件中，很容易受到垂直于板面的载荷作用，冲击载荷就属于这类载荷。由于复合材料层间强度的先天性不足，受到垂直板面的载荷作用时，会出现基体开裂、层间分层和纤维断裂等多种形式的损伤。尤其是低速冲击载荷引起的损伤，常发生在材料的内部，外部却无明显的痕迹。损伤破坏了复合材料的整体性，导致了压缩性能和结构稳定性的下降。这就使得复合材料减重效能很难得到充分发挥。因此，复合材料的冲击损伤问题已成为国内外复合材料界关注的热点。本文着重介绍近期关于冲击损伤问题的研究现状。

1．  冲击损伤的种类

      冲击损伤按冲击能量可分为三类，即高能量、中等能量和低能量冲击。高能量冲击如子弹、甩出的涡轮和风机叶片及其他外界物品造成的损伤，这种损伤往往是穿透性的并伴随着一定范围的分层；中等能量冲击不会出现穿透损伤，但可能会在冲击区产生一些局部损伤，包括内部的分层和出现在背面冲击作用点下方的纤维断裂；低能量冲击常指工具的掉落或撞击，地面或空中飞行时的冰雹撞击等，低能量冲击可引起内部分层、基体开裂等损伤。高能量和中等能量的冲击是可目测的，容易引起人们的重视并得到及时的修理。而低能量冲击损伤难以被肉眼发现，常称之为“目视勉强可见冲击损伤( BVID)。研究了BVID对石墨／环氧树脂壁板静强度和静强度的影响。结果表明，在压缩载荷作用下材料性能的劣化比拉伸载荷下性能的劣化更令人担心。把标准能量水平下冲击后的试件与带孔试件进行了比较：①在拉伸情况下，冲击损伤相当于3mm直径的孔；而在压缩载荷作用下，冲击损伤则相当于25mm直径的孔；②在对称循环疲劳情况下，冲击损伤试件低于带孔试件；③冲击后的压缩强度降至原来的l／2～1／3。可见低能冲击对复合材料性能影响很大，严重地威胁结构的安全性。

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