UHMWPE/乙烯基酯三维机织复合材料动态压缩性能研究

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为了表征超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/乙烯基酯三维机织复合材料的吸能特性和抗冲击性能,基于分离式霍普金森压杆动态测试系统,研究了材料在承受横向(厚度方向)高速冲击载荷时的动态力学性能、破坏模式以及吸能特性和机理。   首先,安装调试分离式霍普金森压杆动态测试系统,提取有效信号进行数据处理和分析,计算应力-应变关系及吸能;然后,设计并制作了UHMWPE/乙烯基酯三维(正交三向、经纬双向增强2.5D)机织复合材料,利用超声波无损检测技术给出试样的无缺陷评价;接下来,在应变率范围为102-103s-1下,实验测试了UHMWPE/乙烯基酯正交三向机织复合材料和经纬双向增强2.5D机织复合材料厚度方向上的动态压缩力学行为,包括动态应力.应变关系和吸能特性,与准静态下的压缩性能进行对比分析材料的应变率效应;最终,通过试样冲击破坏形貌研究了材料的动态压缩破坏模式和吸能机理。   实验结果表明:UHMWPE/乙烯基酯正交三向机织复合材料的应力应变关系对应变率是敏感的,并表现出明显的应变率强化效应,屈服应力和弹性模量随着应变率的增加而增加;在纤维体积含量相同的情况下,在一定范围内减细z向纤维束可以增强正交三向机织复合材料横向压缩性能;在横向准静态压缩和动态压缩下,正交三向机织复合材料的主要破坏模式是剪切断裂;z向纤维束可以阻止分层并促进能量吸收;正交三向机织复合材料吸收的能量随着应变率的增加而增加,并且随着应变率的增加z向纤维束较粗的试样比z向纤维束细的吸能多。UHMWPE/乙烯基酯经纬双向增强2.5D机织复合材料的应力-应变关系对应变率是敏感的,并表现出明显的应变率强化效应,应力-应变曲线呈现“双线性”效应,屈服应力和屈服应力下的应变随着应变率的增加而增加;破坏模式主要是纤维与树脂的分离和纤维束之间的剪切断裂,破坏开始发生于接结经纱屈曲的应力集中区;主要的吸能机理是材料本身的弹性吸能、纤维和树脂的分离以及产生相对位移的摩擦吸能和纤维束的剪切断裂吸能。
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