r - The Hong Kong Polytechnic University

图 3 混 杂 复 合 材 料 性 能 设 计 图
由 于 混 杂 FRP 复 合 材 料 中 因 延 伸 率 较 低 的 纤 维 断 裂 造 成 的 载 荷 降 低 会 引 起 应 力 波 动 现 象 , 这 种
应 力 波 动 会 造 成 对 剩 余 纤 维 材 料 和 结 构 的 冲 击 , 因 而 在 设 计 中 尽 量 降 低 这 种 波 动 的 幅 度 , 在 混 杂 设
计 中 提 出 了 主 动 控 制 应 力 波 动 的 设 计 方 法 , 即 通 过 合 理 的 混 杂 设 计 和 配 比 来 对 应 力 波 动 进 行 有 效 的
控 制 并 降 低 其 给 其 他 纤 维 和 结 构 所 带 来 的 冲 击 , 另 外 还 可 以 选 用 能 量 吸 收 能 力 ( 高 耐 冲 击 性 ) 好 的
纤 维 材 料 来 吸 收 较 低 延 性 纤 维 断 裂 所 产 生 的 冲 击 能 来 控 制 应 力 波 动 [15] , 如 图 4 所 示 。
Evaluation index (Exp.)
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Experimental values
Average line
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
Control index (Cal.)
Evaluation index (Exp.)
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Experimental values
Average line
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
Control index (Cal.)
Evaluation index (Exp.)
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Experimental values
Average line
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
Control index (Cal.)
(a) 高 弹 摸 / 高 强 度 碳 纤 维 (b) 高 弹 摸 碳 纤 维 /PBO 纤 维 (c) 高 弹 摸 碳 纤 维 /Dyneema 纤 维
图 4 应 力 波 动 控 制 研 究
通 过 大 量 不 同 比 例 混 杂 的 纤 维 材 料 试 验 研 究 , 包 括 高 弹 摸 碳 纤 维 、 高 强 度 碳 纤 维 、PBO 纤 维 和
Dyneema 纤 维 的 混 杂 , 得 到 了 保 证 较 低 应 力 波 动 以 实 现 混 杂 设 计 的 纤 维 比 例 关 系 。 由 图 3 可 以 看 出 ,
采 用 高 弹 模 碳 纤 维 和 PBO 纤 维 混 杂 , 当 两 者 的 比 例 控 制 在 0.7 以 下 时 , 应 力 波 动 范 围 可 以 稳 定 在 0.3
以 下 , 相 比 较 而 言 高 强 度 碳 纤 维 和 Dyneema 纤 维 的 混 杂 比 例 要 控 制 在 0.5 以 下 , 才 能 保 证 稳 定 的 0.3
应 力 波 动 。PBO 纤 维 的 能 量 吸 收 能 力 起 到 重 要 作 用 。 上 述 研 究 用 于 定 量 的 指 导 混 杂 纤 维 的 比 例 设 计 ,
确 保 混 杂 效 果 的 发 挥 。 通 过 对 应 力 波 动 的 研 究 , 能 够 合 理 设 计 混 杂 纤 维 复 合 材 料 的 力 学 特 征 [16] , 如
图 3 所 示 , 为 高 弹 摸 、 高 强 度 碳 纤 维 和 高 延 性 纤 维 ( 玻 璃 纤 维 或 Dyneema 纤 维 ) 的 混 杂 复 合 材 料 ,
实 现 了 和 混 杂 设 计 图 一 致 的 混 杂 纤 维 复 合 材 料 , 参 见 图 5。
玻 璃 纤 维 : 高 弹 摸 碳 纤 维 : 高 强 度 碳 纤 维
Dyneema 纤 维 : 高 弹 摸 碳 纤 维 : 高 强 度 碳 纤 维
图 5 三 种 纤 维 混 杂 设 计 试 验 结 果 图
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