1. Предыстория исследования
Сэндвич-композиты с плетеной прокладкой WSRS, структурно армированные, широко используются в амортизаторах в авиации, на транспорте и в строительстве благодаря своим энергопоглощающим свойствам, малому весу и высокой устойчивости к расслоению.
Сэндвич-структура WSRS сложна, и отсутствуют эффективные методы оценки ее несущей способности и процесса разрушения в направлении основы (WSRS-WA) и направлении утка (WSRS-WE) под действием механической нагрузки.
2.Обзор исследования
Исследователи из Центра инноваций в области текстильных и швейных технологий HBKU используют технологию акустической эмиссии (АЭ) для захвата энергии деформации, высвобождаемой при повреждении под механической нагрузкой WSRS с различными характеристиками высоты (более подробную информацию см. в разделе 3.1), а затем используют технологию цифровой корреляции изображений (ДИК) для наблюдения в реальном времени за характером повреждения поврежденной области, а также за изображением синергетических эффектов поверхностного слоя, сердцевинного ворса и вспененного материала, а также для анализа механических свойств, параметров сигналов АЭ и графиков деформации, а также для исследования с целью проверки механизма повреждения при изгибающей нагрузке.
3. Материалы и оборудование для исследования
3.1 Подготовьте шесть образцов WSRS разных размеров и механических свойств для использования в качестве экспериментальных стандартных образцов.
3.2 Оборудование для обнаружения акустической эмиссии (АЭ), усилитель 40 дБ, два преобразователя RS-2A для захвата шести сигналов АЭ для анализа повреждений и определения механизмов отказа WSRS.
3.3 Оборудование для измерения поля деформации с помощью цифровой корреляции изображений (DIC), фиксирующее деформацию всего поля в направлении WA, WE образца, для восстановления процесса динамического повреждения WSRS и изучения механизма реакции на изгиб.
3.4 Универсальная машина для испытания прочности материалов, испытание на трехточечный изгиб для WSRS, стандарт испытания см. в ISO 1209-1-2007(E).
3.5 Сканирующий электронный микроскоп для анализа окончательного отказа WSRS, проверки выводов анализа сигнала АЭ и анализа деформации цифровой корреляции изображений (DIC).
4. Проверка исследования цифровой корреляции изображений (DIC)
Средняя область шести WSRS (см. рис. 2) была выбрана для анализа DIC с целью получения локальных изменений деформации между сердцевиной и пеной, а WSRS контролировались в режиме реального времени с использованием микродеформации Лагранжа для сравнения тенденций средней микродеформации шести WSRS с течением времени (см. рис. 3).
Сравнение показывает, что WSRS-2 и WSRS-4 имеют одинаковую траекторию деформации, что указывает на то, что деформация сжатия больше, чем деформация растяжения, но микродеформация более резкая, чем у WSRS-4, что позволяет предположить, что WSRS-2 производит больше повреждений при сдвиге. Механизм повреждения WSRS-6 не очевиден, со стабильным состоянием нагрузки и линейным изменением средней микродеформации, а меридиональная деформация WSRS-6-WA и широтная деформация WSRS-6-WE. Тенденция отличается, и средняя микродеформация WA в направлении основы демонстрирует ту же деформацию сжатия, что и WSRS-4. Широтное направление показывает очевидную деформацию растяжения.
Для дальнейшего наблюдения за тенденциями деформации во время нагрузки шести WSRS были выбраны карты деформации для характеристики режимов разрушения в шести различных временных точках, используя 20 секунд в качестве узла. Синяя область указывает на деформацию сжатия, а красная область указывает на деформацию растяжения, вызванную изменением значений микродеформации в реальном времени. На рисунках 4 и 5 показано, что слой ядра, как основное тело разрушения, отсутствует во время сжатия пены.
Согласно WSRS-WA (рис. 4), на внутренний слой в основном влияет деформация растяжения, когда сжатие заставляет верхний слой двигаться. По мере увеличения высоты графики деформации показывают разные тенденции. В течение 60 секунд внутренний слой WSRS-2-WA недостаточно прочен, чтобы выдерживать напряжение, в результате чего деформация сжатия смещается в нижний слой, что затем приводит к тому, что деформация сжатия проникает через весь внутренний слой. Через 120 секунд внутренний слой WSRS-2-WA, по-видимому, поврежден, и в внутреннем слое происходит расслоение интерфейса. Деформация сжатия появляется в WSRS-4-WA на 80 секунде, и распространение похоже на бабочку.
WSRS-6-WA показал деформацию сжатия через 100 секунд, что указывает на то, что нижний слой был слабо затронут эффектом растяжения из-за фактора высоты, который замедлил передачу деформации сжатия. Рисунок 5 показывает, что WSRS-2-WE и WSRS-4-WE имеют ту же тенденцию деформации, что и WSRS-2-WA и WSRS-4-WA, но все они более ранние, чем последние, при этом деформации сжатия появляются в WSRS-2-WE через 40 секунд, а WSRS-4-WE через 80 секунд, что указывает на то, что общее разрушение WSRS-WE происходит раньше, чем у WSRS-WA. Через 80 секунд верхний слой центрально фрагментируется, а нижний слой растягивается и, по-видимому, отсутствует на диаграмме деформации. В то же время WSRS-6-WE также показал разделение керна (рис. 5).
В отличие от WSRS-2, WSRS-4 и WSRS-6-WA, WSRS-6-WE имеет растягивающие напряжения с обеих сторон, что обусловлено эффектом сцепления вспененного материала и эффектом передачи сердечников свай для увеличения прочности на изгиб.
5. Заключение исследования
Сочетание метода акустической эмиссии (АЭ) и метода цифровой корреляции изображений (ДИК) позволило выявить процесс динамического повреждения и реакцию на изгиб композитных сэндвич-панелей с плетеной дистанционной структурой (WSRS).
Результаты показывают, что общая деформация сжатия WSRS-WE наступает раньше, чем у WSRS-WA, а область разрушения более выражена, что указывает на то, что синергетический эффект структуры ворса ядра в WSRS-WE лучше, чем у WSRS-WA. При воздействии изгибающих напряжений WSRS имеет более высокую несущую способность в направлении утка, чем в направлении основы, и демонстрирует лучшую целостность и несущую способность.
