《衝擊波作用下CFRP損傷與破壞機理的實驗研究》是依託北京理工大學，由郭保橋擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：衝擊波作用下CFRP損傷與破壞機理的實驗研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：郭保橋
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高性能的碳纖維增強複合材料（CFRP）在軍用和民用飛機的機體結構上得到了非常廣泛的套用。深入研究其在爆炸衝擊波作用下的損傷特性，分析損傷與破壞過程及失效機理，是機體結構生存力研究的主要內容，已成為當前CFRP複合材料的研究重點和熱點之一。本項目立足於發展CFRP複合材料在衝擊波作用下的動態力學性能研究的測試技術與系統，把基於光學變形場測量的高速三維數字圖像相關方法引入到爆炸產生的衝擊波作用下的動態變形測量中，對CFRP的動態力學行為進行實驗研究。擬建立一套高速數字圖像採集測量系統，解決散斑容易脫落的問題，發展針對圖像噪聲高的DIC算法，計算爆炸條件下CFRP動態破壞過程中的位移場、速度場和應變場，並與相同條件下數值模擬結果進行比對，得到材料在衝擊波作用下的動態力學參數的演變，分析CFRP的損傷與破壞機理，為其在極端載荷作用下可靠性提供指導。
結題摘要
碳纖維增強複合材料（CFRP）由於高比模量、高比強度等優異力學性能在航空、航天等領域得到了廣泛的套用。然而這種材料的抗衝擊性能較差，在衝擊和爆炸作用下容易發生損傷，甚至導致結構失效破壞。本項目以幾種典型鋪層的CFRP層合板複合材料為研究對象，主要基於高速3D-DIC測量技術，對CFRP層合板在低速衝擊和爆炸載荷作用下的動態力學行為及損傷和破壞機理進行了系統實驗研究。首先建立了薄板彎曲變形場測量系統，用虛場方法反演得到了CFRP的彈性參數。分別以落錘和霍普金森壓桿為載入手段，研究了CFRP層合板在低速衝擊下的損傷行為。採用薄板彎曲變形場技術和紅外熱成像檢測技術，對帶損傷的複合材料層合板進行損傷檢測，得到不同鋪層層合板的主要損傷類型和特點。數值仿真模擬了層合板在衝擊作用下的損傷過程。分別採用內爆炸和自由場爆炸實驗，用高速3D-DIC測量了在爆炸作用下CFRP試樣的動態變形場，對典型的損傷位置進行CT斷層掃描，分析了CFRP層合板在爆炸衝擊作用下損傷形式。研究結果表明，低速衝擊和爆炸衝擊波作用都會造成CFRP層合板不同程度的多種形式的損傷，其中層間分裂是主要損傷形式。在相同條件下，單向鋪層的層合板最容易發生損傷，抗衝擊最差。而類似準均質鋪層的層合板抗衝擊能力最強。研究結果可為CFRP在抗衝擊設計以及爆炸作用下損傷評估具有價值的參考。基於本項目建立的高速3D-DIC動態變形場測試系統，為將來開展此方面的研究提供了一個很好的實驗平台。
