Test di resistenza all'urto di materiali compositi
1. Metodo di prova per impatto a bassa velocità
Per simulare il comportamento all'impatto dei materiali in condizioni reali, i ricercatori hanno proposto un gran numero di metodi sperimentali.In base alla situazione reale dell'impatto, l'impatto è generalmente suddiviso in impatto ad alta velocità e impatto a bassa velocità.
L'impatto ad alta velocità è anche chiamato impatto balistico.Poiché l'impatto ad alta velocità ha ricevuto un'attenzione significativa nei settori aerospaziale e militare, le persone hanno condotto molte ricerche sperimentali sull'impatto ad alta velocità.L'impatto ad alta velocità di solito utilizza un proiettile di piccola massa per colpire il materiale a una velocità maggiore e utilizza principalmente pistole ad aria compressa per lanciare proiettili per studiare il comportamento all'impatto ad alta velocità dei materiali compositi, come mostrato nella figura:
Il test di impatto a bassa velocità di solito simula l'impatto di un oggetto di grande massa sulla superficie del materiale a una velocità inferiore, come la caduta accidentale di uno strumento durante la riparazione, e un dispositivo di prova del peso di caduta viene solitamente utilizzato per esperimenti simulazione.
Figura 2 Dispositivo di prova con martello a caduta
I risultati della ricerca mostrano che la forma, la qualità e la velocità del proiettile avranno un impatto significativo sul meccanismo di rottura dei materiali compositi.Ad esempio, i ricercatori hanno condotto molte ricerche sulla relazione tra la forma della testa del martello e il comportamento all'impatto dei materiali compositi.In generale, più affilata viene utilizzata la testa del martello, più localizzata è la gamma di danni da impatto del materiale e la modalità di guasto principale cambia da delaminazione a rottura e danneggiamento della matrice.La fibra si rompe.
2. L'influenza dei fattori ambientali sulle prestazioni di impatto a bassa velocità
Le parti strutturali composite devono subire effetti ambientali complessi durante l'uso a lungo termine, come temperature elevate, basse temperature, caldo umido e cicli termici.Gli studi hanno dimostrato che sotto l'azione di questi ambienti, le proprietà meccaniche dei materiali compositi cambieranno in modo significativo.I cicli termici di solito riducono la resistenza alla flessione e alla trazione trasversale del materiale composito e generano un gran numero di microfratture nella matrice.
Utilizzare principalmente pretrattamento ambientale e test di simulazione ambientale per studiare l'impatto degli effetti ambientali.Il cosiddetto pretrattamento ambientale consiste nel mettere in anticipo il materiale composito da testare in un determinato ambiente per la lavorazione, quindi sottoporre il materiale lavorato a un test di impatto a bassa velocità a temperatura ambiente.Il test di simulazione ambientale consiste nell'inserire il materiale composito nella camera ambientale durante l'impatto.Questo metodo viene utilizzato per studiare le prestazioni di impatto dei componenti in diversi ambienti di servizio.
3. L'effetto delle proprietà del materiale sulle prestazioni di impatto a bassa velocità
La fibra è ampiamente utilizzata come rinforzo nella produzione di materiali compositi.Allo stesso tempo, in quanto principale portatore del carico, le prestazioni della fibra hanno un grande impatto sulla resistenza complessiva all'urto del materiale composito.Le fibre utilizzate nell'industria aerospaziale includono principalmentefibra di carbonio, fibra di vetroe fibra di Kevlar.A causa della fragilità unica della fibra di carbonio, la resistenza all'urto dei compositi a matrice di resina rinforzata con fibra di carbonio è inferiore a quella della fibra di vetro e della fibra di Kevlar.
La matrice dei materiali compositi a base di resina rinforzata con fibre svolge un ruolo estremamente importante nei materiali compositi.La matrice di resina è inseparabile dal fatto che si tratti di trasmettere il carico, mantenere l'orientamento delle fibre o mantenere l'integrità del materiale.I risultati dello studio mostrano che sebbene le proprietà meccaniche delle resine termoindurenti siano migliori di quelle delle resine termoplastiche, la struttura molecolare reticolata delle resine termoindurenti le rende meno tenaci, il che le rende più inclini al cedimento sotto carico d'urto.
L'interfaccia svolge il ruolo di trasferire il carico alla fibra nel materiale composito, quindi le prestazioni dell'interfaccia influenzeranno le prestazioni complessive del materiale composito.Il materiale composito con uno scarso legame di interfaccia tra la fibra e la matrice mostrerà resistenza e rigidità inferiori e un legame troppo forte renderà il materiale fragile.
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Tempo di pubblicazione: 14 ottobre 2021