《熱和衝擊載入下FRP層間力學回響的實驗和理論研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由蔣邦海擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：熱和衝擊載入下FRP層間力學回響的實驗和理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蔣邦海
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
各種纖維增強複合材料（FRP）是航空航天領域的重要工程材料，在目前的大量工程套用中，尤其是在飛彈FRP殼體的防護高能射線輻照引起的熱-力破壞效應研究中，都需要對熱和衝擊載入下的FRP層間力學性能進行系統的實驗和理論研究。因此本項目針對目前航空航天領域套用非常廣泛的一種FRP- - 碳纖維2D織物增強環氧基複合材料（Carbon/Epoxy），通過試件設計和實驗方法研究，以直接實驗測試為主要手段，開展其層間拉伸和層間剪下性能的應變率及溫度效應的實驗研究，結合實驗數據進行理論分析，建立理論描述模型，並基於實驗揭示或證實層間界面性能及其微結構對Carbon/Epoxy層間力學性能產生的影響，目的是為飛彈FRP殼體抗輻射加固最佳化研究提供實驗方法、實驗數據和描述模型，同時也深化對FRP各項力學性能的綜合認識，為相關結構設計、性能計算與強度評估提供研究基礎和支撐。
結題摘要
C/E材料是一種碳纖維增強環氧樹脂基複合材料（carbon fiber reinforced epoxy plastic composite），常用於太空飛行器或航天裝備構件上。為了解C/E材料在高溫及動態載荷下的層間變形與破壞特性，本項目對C/E複合材料的層間拉伸、剪下力學性能進行了實驗及理論研究。首先，在國內外現有實驗研究基礎上，通過改進，設計了一種細腰型的層間拉伸試件和一種雙剪型的層間剪下試件，分別利用MTS、Instron、SHPB、SHTB等載入設備以及配套的加溫設備，對C/E複合材料的層間拉伸、剪下性能與溫度、應變率的相關性進行了實驗研究。在層間拉伸及剪下實驗中的最高溫度分別達到150 oC和300 oC，最高動態載入率分別達到應變率～140/s或剪應力變化率～1.0MPa/us。實驗結果表明，C/E複合材料的層間拉伸強度較小，在10MPa量級，表現出微弱的溫度軟化及一定的應變率強化效應；C/E複合材料準靜態層間剪下強度在常溫下為20MPa左右，300 oC時該強度值下降到10MPa左右，溫度軟化效應較為顯著，在剪應力率～1.0MPa/us的範圍內，常溫下層間剪下強度對載入速率不敏感。依據得到的實驗結果及層間界面勢本構模型，並從複合材料層間特性出發對該模型進行改進，導出了計及溫度及應變率效應的C/E複合材料層間界面本構關係，用以描述C/E複合材料的層間拉伸及剪下性能，通過比較，其描述的結果與實驗數據基本相符。本項目研究結果能夠進一步說明FRP層間力學性能與溫度及應變率的相關性，並指導有關的材料選用和構件設計。
