基于实验图像序列的碳纤维复合板材的局部高速冲击特征研究
Shuguang Yao1,2,3, Minxin Zhou1, Jie Xing1,2,3
1Key Laboratory of Traffic Safety on Track School of Traffic & Transportation Engineering, Central South University, Ministry of Education, Changsha 410075, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|May 7, 2025
概括
碳纤维复合板材受到异物冲击时显示非线性力-能量关系. 射弹材料和冲击能量显著影响铁路车辆部件的裂传播和透深度.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 航空航天工程 航空航天工程
背景情况:
- 铁路车辆在易受异物冲击的环境中运行.
- 碳纤维复合材料具有高强度与重量比,但需要进行彻底的冲击分析.
- 了解影响动态对于确保结构完整性和安全至关重要.
研究的目的:
- 实验性地研究碳纤维复合板材的冲击动态.
- 为了量化板材在投射弹冲击下的机械反应.
- 为改进复合结构设计提供对损坏机制的洞察.
主要方法:
- 使用气枪装置,用各种材料 (混凝土,钢,) 的弹子对碳纤维复合板材进行冲击.
- 采用高速摄影来捕捉动态撞击过程.
- 分析图像序列以量化投射弹的能量和层层的机械反应.
主要成果:
- 冲击力与能量呈现出非线性关系,在更高的能量下增长率下降. 可变形子弹导致较低的冲击力.
- 观察到裂传播模式,在稳定之前,最大裂长度因投射器材料而异 (88.40毫米用于混凝土,41.48毫米用于钢铁,80.35毫米用于).
- 透深度显示了加速的非线性增长趋势,与撞击能量增加时的裂长度相关.
结论:
- 该研究提供了碳纤维层材在冲击下的损伤机制的定量数据.
- 这些发现突出了弹头材料和冲击能量对层层瓦故障模式的影响.
- 结果为在面对外来物体威胁的运输系统中设计强大的复合结构提供了实际意义.
