低速冲击

摘要： 随着各类型短切纤维的生产成本的降低,纤维混凝土得到大规模发展且应用领域不断扩展,为保证纤维混凝土在复杂环境的服役安全,该研究分别对素混凝土(plain concrete,PC)梁与纤维长度为6~8 mm且体积掺量均为0.30%的碳纤维(carbon fiber,CF)、玻璃纤维(glass fiber,GF)和玄武岩纤维(basalt fiber,BF)混凝土梁进行低速冲击试验,研究了普通混凝土梁和纤维混凝土梁的抗弯失效机理及断裂耗能。通过高速摄像机记录各试件梁的断裂破坏过程,提取并分析对比了跨中竖向位移时程曲线、加速度时程曲线及拉压应变时程曲线。详细分析了锤头冲击力和惯性力,并得到等效变形力-位移曲线,计算出各纤维混凝土梁断裂耗能。结果表明,各试件梁的破坏形态均为典型的弯曲破坏,均形成一条竖向主裂缝。GFRC梁断裂消耗的能量最多,相比于PC梁提高了88%。CFRC梁和BFRC梁消耗的能量分别相对于PC梁提高了43%和18%。该研究对不同类型纤维混凝土受弯构件在低速冲击工况下的力学性能与能量消耗方面的定量化研究结果可为纤维混凝土的工程推广应用提供参考。

摘要： 以铝合金ZL301为基体,碳纤维叠层缝合织物为增强体,采用真空压力浸渗工艺制备叠层缝合碳纤维增强铝基(叠层缝合C_(f)/Al)复合材料。通过室温落锤冲击实验,研究冲击载荷及能量随时间的变化行为规律,采用光学显微镜和工业数字X射线成像系统观测其冲击损伤形貌,分析冲击损伤机理。通过冲击后压缩(CAI)实验,研究复合材料在不同冲击能量下沿经纱方向的剩余强度,观察压缩试样宏观与微观断口形貌,分析压缩失效机制。结果表明:冲击载荷作用下叠层缝合C_(f)/Al复合材料发生了显著的局部损伤,正面损伤区域出现了较明显的凹坑,而其背面出现明显的沿经向的裂纹,裂纹长度随冲击能量增加而增大,损伤模式主要表现为基体开裂和纤维断裂拔出;冲击后的经向压缩强度随冲击能量的增大而下降,压缩后的复合材料出现了从冲击裂纹端部沿纬纱方向扩展到试样边缘的横向裂纹,压缩宏观断口中纱线结构破坏严重程度随冲击能量的增加而加重,而压缩后的微观断口均呈现出纤维剪切断裂后参差不齐的形貌。

摘要： 为探究机织物和非织造布铺层顺序对复合材料的力学性能的影响规律,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备了6种不同铺层顺序的机织/非织混杂结构复合材料。分别测试其拉伸、弯曲和低速冲击性能,结果表明,芳纶机织/非织层间交替混杂结构弥补了纯平纹结构复合材料在厚度方向性能差的缺陷,提高了单一结构铺层复合材料的弯曲强度及抗低速冲击能力,同时其拉伸性能较纯非织造布铺层复合材料有所提升。其中,受力面为非织造布的层间交替混杂复合材料具有最大的弯曲强度,在低速冲击载荷作用下具有最小的减振系数;复合材料中的非织造布层能显著阻止平纹层间损伤的扩展,并使平纹产生以纱线断裂为主的破坏形式。

摘要： 通过真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)技术制备了缝合和未缝合碳纤维/泡沫夹芯复合材料,并进行了低速冲击和冲击后压缩实验,利用深度测量仪检测冲击后的表面凹坑深度。使用Origin软件拟合出了表征损伤阻抗性能的冲击能量-凹坑深度曲线及表征损伤容限性能的凹坑深度-剩余压缩强度曲线。以未缝合复合材料为对比,发现缝合能有效提高碳纤维/泡沫夹芯复合材料的损伤阻抗性能及损伤容限性能。缝合及未缝合碳纤维/泡沫夹芯复合材料的损伤阻抗及损伤容限曲线上均存在拐点,并且损伤阻抗的拐点位置和损伤容限的拐点位置具有一致性。拐点之前,泡沫夹芯板以基体裂纹和层间分层损伤为主;拐点之后,出现了纤维断裂损伤。

摘要： 目前对复合材料抗冲击性能的研究大部分都是从材料耗能的角度出发开展的,主要的耗能形式是材料的变形和断裂。从材料与结构一体化的思路出发,本文提出一种新的复合材料组合板结构,该结构在一般的抗冲击复合材料板(本结构中称为迎冲面板)的基础上,增加置于组合板内部的滑动体。在低速冲击作用下,这种结构形式可以在材料的变形耗能基础上增加滑动体运动耗能,提高组合板的抗冲击能力。在既有研究的基础上,针对本结构型式的特点,考虑冲击能量、滑动体的滑动角度、滑动体的质量、迎冲面板的厚度等四个主要因素对结构耗能效果的影响进行数值分析研究。采用ABAQUS软件进行数值模拟建模、计算,并对模拟的结果进行关联度分析,结果表明:通过滑动体运动耗能这一新型耗能模式是可行的。与滑动体耗能效果的最佳关联因素顺序依次为滑动角度、滑动体质量、冲击能量、迎冲面板厚度。其中,滑动体消耗的能量与冲击能量呈正相关,与滑动角度呈正相关,与滑动体质量呈负相关,与迎冲面板厚度呈负相关的关系。最后,建立了基于多元线性回归方法的滑动体消能计算公式。

摘要： 复合材料夹芯板由薄而硬的蒙皮和多样化的夹芯构成,作为一种轻量化结构,具有高比强度、高比刚度的特点,在准静态和动态载荷下具有优良的承载能力和耐撞性能。但是,复合材料夹芯板在工程应用中容易受到外来物冲击,特别是受到低速冲击后,其表面虽无明显损伤迹象但结构内部可能受损严重。本文介绍了复合材料夹芯板的结构及近年来夹芯板的芯部结构设计,重点归纳不同复合材料夹芯结构低速冲击下的力学性能,并总结相应夹芯板的失效形式。基于国内外研究现状,展望了未来复合材料夹芯板的重点研究方向。

摘要： 通过窄带曲线铺放技术制备获得变刚度复合材料层合板结构件,不仅可大大增加结构件设计优化的自由度,还可以改善其机械特性。开发了基于三维Hashin失效准则的VUMAT用户子程序,分析变刚度复合材料层合板在低速冲击工况下的渐进损伤行为。以CFRP常刚度层合板和七组不同变刚度铺层百分比的层合板为研究对象,研究变刚度碳纤维复合材料层合板在低速冲击载荷下的力学响应特性,以分层损伤面积和能量吸收为指征进行对比分析。变刚度铺层百分比为50%的层合板单层损伤面积相比常刚度层合板减少了2.57%,且层合板底层没有出现分层损伤的完全失效情况。研究结果表明,合理的变刚度铺层可以提升层合板的抗弯刚度,并使层合板在低速冲击载荷下吸收能量更少,提高了抗分层损伤性能。

摘要： 通过模压法制备了六种不同形式的聚酰亚胺纤维(PIF)/碳纤维(CF)混杂纤维复合材料,选用20J的冲击能量,对六种样品进行落锤冲击,并对损伤的试样进行C扫描观察其失效机制,研究混杂比和铺层顺序对PIF/CF混杂增强树脂基复合材料抗冲击性能的影响。结果表明:将PIF加入CF复合材料中是能够改善材料的抗冲击性能,当PIF与CF比例为1:3时吸能效果最好,能量吸收率达87.5%;而同种混杂比(1:3)下,当PIF处于冲击面时,材料更具有韧性其吸收的能量高于CF为冲击面的吸收的能量,冲击损伤更加集中面积更小,材料的抗冲击性能更好,其中4层PIF位于CF表面时能量吸收率高达93%,且损伤面积为6.36%。

摘要： 针对二维三轴编织复合材料(two-dimensional triaxially braided composite,2DTBC)在低速冲击和冲击后压缩(compression after impact,CAI)载荷下的损伤失效机理,开展了2DTBC试样的不同能量低速冲击试验以及相应的CAI试验,并采用红外热像仪监测在低速冲击和CAI试验过程中的温升现象。通过C扫描表征了不同能量低速冲击后试样的分层损伤情况,讨论了试样背面温度场分布特性及其随冲击能量的演化规律;对比分析了2DTBC冲击后剩余压缩强度与冲击能量的对应关系,基于数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术监测了CAI试验中的全局应变场,结合热成像、变形场和光学图像数据,阐明了不同能量冲击后2DTBC的压缩失效特性,讨论了基于红外热成像技术表征编织复合材料损伤失效行为的有效性。试验结果显示:编织复合材料低速冲击和CAI试验中的温度场分布图与编织几何构型有明显关联度;低速冲击试验的温升幅值随冲击能量的增加而快速上升,CAI试验的温升现象随着冲击能量的增加而减弱;分层面积随冲击能量的增大而增大,冲击后剩余压缩强度随冲击能量的增大而降低。研究结果表明:红外热成像技术能够很好地捕捉试样破坏瞬间释放断裂能所产生的温升现象,温度场图像相较于全局应变场能更好地捕捉破坏的起始位置和失效特征。

摘要： 为了提升植物纤维增强复合材料的冲击性能,采用亚麻纤维增强环氧树脂(FFRP)与具有较高韧性的铝合金薄板进行层间混杂,制得亚麻纤维铝合金层合板(FFML);另外,为了提升铝合金薄板表面积及其与树脂基体的界面结合能力,对铝合金薄板进行了一系列表面处理,并与FFRP层合板进行了对比试验.结果表明:铝合金薄板可以有效提升植物纤维增强复合材料的初始刚度、最大冲击载荷及吸收能,并使其破坏模式从脆性破坏转变为塑性破坏;与FFRP层合板相比,经表面处理过的FFML最大冲击载荷与吸收能量分别提升了136%和58%,损伤面积下降了84%.

摘要： 针对航天发动机缠绕复合材料壳体的低速冲击问题,建立了复合材料低速冲击渐进损伤模型,分析了不同冲击能量和不同冲击部位下缠绕复合材料壳体的冲击响应规律.采用Hashin失效准则和刚度退化技术,在ABAQUS/Explicit中对缠绕复合材料壳体的低速冲击问题进行了仿真计算,得到了冲击能量、接触力和位移随时间的变化曲线.结果表明:在相同冲击能量下,不同冲击部位的接触力和位移不同,壳体筒段的位移最大,封头处的接触力最大;同一冲击部位,冲击损伤、最大接触力和最大位移均随冲击能量增大而增大,直到冲击能量达到临界值后不再增加.

摘要： 开展了特定铺层的5224/CF3052平纹织物复合材料层合板低速冲击后的拉伸疲劳试验,采用的冲击能量为1J/mm和3.35J/mm.绘制了冲击能量为1J/mm时90％存活率的低周疲劳S-N曲线,分析了冲击能量为3.35J/mm时最大应力变化对刚度降的影响.结果表明:该层合板在低能量(≤3.35J/mm)冲击后具有优异的抗拉伸疲劳性能;冲击后层合板疲劳损伤不扩展(以106计)的应力水平超过有损静强度的90％;刚度降随着拉伸疲劳最大应力的增大而增大。

摘要： 通过对正交铺层亚麻纤维增强环氧树脂复合材料层合板的低速冲击初始破坏的研究发现初始破坏载荷的阈值Pcrit与试样厚度的t3/2承线性变化.损伤阈值随着冲头直径增加而增加.然而,损伤面积表现出相反的趋势.在23-100°C之间的测试表明在升高温度的情况下,损伤阈值仍遵循与t2/3的线性关系.研究发现环境温度对较厚层合板的影响较大,这是由于复合材料界面在高温时急剧恶化,导致含界面较多的厚板Pcrit,随温度升高下降幅度较薄板更大.另外,研究了试样含水量对破坏载荷阂值的影响,结果表明对较厚试样来说,Pcrit随含水率升高而降低.然而,对较薄试样来说,在含水量较低时,水的增塑效应使纤维的拉伸性能提高,从而Pcrit略有增加;然后随含水量增加,复合材料界面退化严重,从而使Pcrit降低.

摘要： 对特定铺层的5224/CF3052平纹织物复合材料层合板进行了低速冲击和冲击后拉伸、压缩及弯曲试验.探讨了层合板在冲击试验过程中的损伤过程、特征和机理;分析了凹坑深度对层合板冲击后拉伸、压缩和弯曲强度的影响规律.结果表明:冲击后拉伸、压缩及弯曲强度降幅分别为60.9％、50.4％及28.4％,冲击后拉伸强度降幅最大,应引起注意.与冲击后压缩试验结果类似,凹坑深度与冲击后拉伸、弯曲剩余强度关系曲线存在拐点现象.

摘要： 对于复合材料层合板的冲击损伤阻抗研究，目前普遍采用集中准静态压痕试验与低速冲击试验两种类型的损伤引入方法，通过对复合材料层合板在低速冲击和准静态压痕力作用下损伤参数的研究，提出了基于分层损伤面积等效方法。

摘要： 为考察“离位”技术对双马来酰亚胺复合材料层压板层间增韧效果,对增韧程未增韧的两种双马复合材料层压板进行低速冲击性及冲击后压缩剩余强度实验研究。结果表明:经过“离位”增韧的双马复合材料层压板层间形成了热塑性树脂/热固性树脂双连续的结构,该结构不仅改善了材料的损伤阻抗,使其表面凹坑深度更明显,而且还大大提高了材料的损伤容限。

摘要： 复合材料夹层结构通常是由两个强度/刚度较大的薄面板和中间轻质的芯层粘接组成.在工程应用中,夹层结构的上下面板,由于强度高、模量大,主要承受面内拉压载荷,而中间的轻质芯材主要承受剪切载荷.复合材料波纹夹层结构因具有比强度高、比刚度大、吸能性能优良等特点,已广泛应用于航空航天、汽车、船舶与海洋工程等领域.本文结合碳纤维复合材料面板和金属波纹芯层制备了混合型的复合材料波纹夹芯结构.首先通过实验研究了不同冲击能量对冲击力、吸收能量及破坏模式的影响;其次采用三点弯曲实验研究了波纹夹层结构损伤后的剩余承载能力,接着基于应变形式的Hashin血准则和Yeh分层准则开发了自定义材料VUMAT,模拟复合材料的损伤演化过程.最后,将实验和计算结果进行对比分析,验证了仿真结果的有效性.

摘要： 采用刚塑性不可压缩介质模型以及极限分析理论的上限方法,分别计算出柱形和锥形冲击体对混凝土板和钢筋混凝土板的侵彻阻抗,分析得到由动力学许可速度场确定的对应各阶段的极限荷载.同时引入无量纲冲击因子,推导出板在柱形和锥形冲击体作用下的临界震塌与贯穿厚度计算公式.考虑冲击体头部形状、板的厚薄以及钢筋含量等因素,将表达式简化为统一的幂函数形式,得到具有物理基础的实用表达式.通过与现有经验公式的对比分析,验证了该计算方法的可靠性.

摘要： 碳纤维复合材料（CFRP）作为一种先进复合材料得到了广泛应用，由于其层间性能比较薄弱，很容易在外界冲击载荷下发生分层损伤，对结构的使用造成影响。本文通过FBG 监测了热压罐法制备的CFRP 层合板在低速冲击载荷下的响应情况，并结合热揭层法给出了板材的分层损伤情况。结果表明波长峰值可以反映材料抗冲击能力的大小和损伤模式的转变；中心波长偏移值可以反映材料内部的分层损伤发展情况，为 FBG 监测CFRP 层合板的低速冲击损伤提供了依据。

摘要： 本文系统研究了冲击位置和冲击能量对复合材料加筋壁板损伤特性的影响.通过使用连续壳-常规壳耦合的方法建立有限元分析模型,这种模型能够提高计算效率,同时保证计算结果的精度.采用粘结层来模拟面板与筋条间的界面,由粘结层的损伤情况来判断面板与筋条间的脱粘情况.分析了在不同冲击速度作用下,粘结层的损伤情况.根据数值计算的结果,对比了五个不同冲击位置的结构动力响应与损伤情况,发现当冲击点为筋条边缘时,面板与筋条间的脱粘情况最为严重.

摘要： 本发明公开了一种圆形管件低速落锤冲击试验检测装置及冲击试验仪器。该检测装置包括试验台组件、落锤冲击组件、振动信号测量组件以及位移信号测量组件。试验台组件包括底座、滑动导杆、承料机构以及光电门，落锤冲击组件包括冲击板、力传感器、锤头以及遮光片。振动信号测量组件包括第一激光测振仪以及第二激光测振仪，位移信号测量组件包括第一直线位移传感器以及第二直线位移传感器。第一直线位移传感器用于检测锤头锤击圆形管件时冲击板的位移量，第二直线位移传感器用于检测锤头锤击圆形管件时圆形管件的测点的位移量。该试验检测装置根据位移量而获得圆形管件在轴向上各个测点的冲击挠度，而且为冲击时刻的数据，非常准确。

摘要： 一种冲击角度可连续调节的低速冲击试验夹具。其包括夹具上夹板、平面转角角度盘、试验件固定板、顶板、指针、对中三角块、转动轴、仰角角度盘、挡板、方头支撑柱、连接轴、圆头支撑柱、上固定螺母、下固定螺母、支撑底板、激光发射器、支撑圆柱、固定板。本发明提供的冲击角度可连续调节的低速冲击试验夹具能够对试验件进行多角度的连续调节，并可实现试验件多方向的平面转动，因此能够在不改变原有冲击方式的条件下，通过特殊的机械结构，来满足不同角度和方向的冲击需求，并且成本低、结构简单、易于操作、可移植性强、占地面积小，大大降低了制作不同角度试验夹具的成本，能够在功能上对现有的试验设备进行补充或替代，达到测试需求。

摘要： 本发明内容公开了一种用于实现中低速冲击加载的落锤冲击试验装置，属于冲击工程技术领域，该试验装置能够实现较大尺寸岩石类脆性材料试件的动态冲击加载，可以依据试验测试要求搭载各种数据测试系统，诸如裂纹扩展计测试系统、超动态应变仪测试系统、动态数字散斑测试系统、应变片测试系统等，随后利用各个数据测试系统能够很好地分析岩石类脆性材料的动态破坏行为，根据动态载荷曲线对脆性材料的动态断裂韧度等断裂力学参数进行计算，然后可以将试验相关数据应用于冲击工程等研究领域，从而得到丰硕的学术研究成果。

摘要： 本发明涉及一种便携式气动低速冲击试验机及冲击试验方法,包括冲击机构用于对固定结构件进行任意角度的低速冲击；气动驱动机构为冲击机构提供驱动动力；测速及数据采集系统用于实时采集冲击过程中冲锤的位移‑时间数据，并转化为冲击时的瞬时速度，并实现冲击全过程的速度监控；机构轻便且适用性强，便于在复杂的试验现场和任意位置迅速安装。冲锤速度通过冲锤测速装置和数据采集系统实现，对完成冲击反弹回来的冲头进行捕捉，防止冲击过程冲锤对试验件的二次冲击；可实现冲击全过程瞬时速度的精确测量以及数据的实时采集；通过控制储气罐的压力值调节冲击速度，即可连续调节冲击能量的大小。

摘要： 本发明涉及一种冲击试验用的气动式低速冲击机构，包括连接筒，连接筒的端部固定连接有相互平行的导轨，连接筒内固定设有气缸，该气缸的气动动作杆向导轨方向延伸，导轨上设有一沿导轨上下运动的冲锤锤体，冲锤锤体远离气缸的一端固定设有冲锤锤头，冲锤锤体的另一端固定设有卡柱，卡柱与固定设在气动动作杆端部的卡扣结构勾住或分离；该机构结构简单，方便携带，使用在冲击试验机上，能够保证冲锤沿导向柱运动，该机构安装的方向决定了冲击方向，故可实现任意角度的冲击，向上和向下冲击都是可行的，试验机上安装的角度仪可以方便的显示冲击角度；设计的防二次冲击机械结构可有效捕捉冲击反弹上来的冲锤，防止对试验件的二次冲击。

摘要： 一种冲击角度可连续调节的低速冲击试验夹具。其包括夹具上夹板、平面转角角度盘、试验件固定板、顶板、指针、对中三角块、转动轴、仰角角度盘、挡板、方头支撑柱、连接轴、圆头支撑柱、上固定螺母、下固定螺母、支撑底板、激光发射器、支撑圆柱、固定板。本发明提供的冲击角度可连续调节的低速冲击试验夹具能够对试验件进行多角度的连续调节，并可实现试验件多方向的平面转动，因此能够在不改变原有冲击方式的条件下，通过特殊的机械结构，来满足不同角度和方向的冲击需求，并且成本低、结构简单、易于操作、可移植性强、占地面积小，大大降低了制作不同角度试验夹具的成本，能够在功能上对现有的试验设备进行补充或替代，达到测试需求。

摘要： 本发明公开了低速冲击下复合材料层间断裂韧性测试夹具及其使用方法，属于复合材料冲击测试技术领域，该低速冲击下复合材料层间断裂韧性测试夹具，包括上固定组件；下移动组件，包括下夹持件，用以在测试时，与所述上固定组件共同对试样进行固定；所述下移动组件包括与所述下夹持件连接的传递构件，设置在所述下夹持件上，二者位置可调式设置在固定座组件上，用以接收冲击装置的瞬时冲击。通过本发明提出的用于复合材料的层间断裂韧性进行瞬时低速冲击试验的设备，并根据单向纤维增强聚合物基复合材料Ⅰ‑Ⅱ混合型层间断裂韧性标准提出试验方法，能够更进一步获取复合材料在低速冲击情况下的剥离最大力。

摘要： 本发明提供了一种植入式光纤光栅传感器复合材料结构的低速冲击定位方法，将预处理后的测试信号与对应的FBG传感器的参考信号进行相关性评估，得到多个相关距离向量；将得到的相关距离向量进行逐元素相乘并按对应冲击位置的形式生成相似性矩阵，取相似性矩阵的最低值元素所在的网格位置作为预测结果；基于得到的网格位置，对预处理后的波长信号进行小波包分析，得到网格各角的信号能量；以网格位置的已知FBG传感器位置作为原点，以基于对数距离路径损耗模型得到的传输路径作为半径画圆，所有圆交叉组成的公共区域作为预测冲击位置；本发明可在低频、小数据样本下实现冲击定位，有效缩短了实验周期，具有普适性。

摘要： 本发明涉及一种冲击防护织物，具体涉及一种具有防护低速冲击功能的剪切增稠胶增强织物，包括中空结构织物、灌注于中空结构织物内部的剪切增稠胶以及涂覆于中空结构织物表面的封装助剂；其中，中空结构织物包括上表面层、中间层和下表面层；剪切增稠胶包括分散相、连续相和增强相；封装助剂涂覆于上表面层和下表面层的表面上。与现有技术相比，本发明制备得到了一种轻质、柔性且适于多种人群穿戴的可防护低速冲击的剪切增稠胶增强织物。

摘要： 本实用新型涉及一种冲击试验用的气动式低速冲击机构，包括连接筒，连接筒的端部固定连接有相互平行的导轨，连接筒内固定设有气缸，导轨上设有一沿导轨上下运动的冲锤锤体，冲锤锤体一端固定设有冲锤锤头，冲锤锤体的另一端固定设有卡柱，卡柱与气动动作杆端部的卡扣结构勾住或分离；防二次冲击机械结构可有效捕捉冲击反弹上来的冲锤，防止对试验件的二次冲击；将直线位移传感器与冲锤连接，可获取冲击全过程冲锤的位移信号，并可通过数据采集系统对信号进行采集、存储和处理，进而获取冲击过程的速度曲线，可实现冲击过程精准测速；通过气缸作为驱动动力，能够根据控制气缸的气压值调节冲击速度，即调节冲击能量的大小。