一种耐高温复合材料冲击损伤研究

通过标准的冲击损伤试验方法，分别测试了两种不同碳纤维复合材料的损伤容限性能，一种材料为成熟的CYCOM977/12K HTS碳纤维复合材料，另一种材料为新研制的耐高温Epsilon 99702/HTS-130碳纤

波音、空客飞机大量采用复合材料结构作为机身的主结构，在降低机身结构重量的同时，也对耐久性/损伤容限设计提出了更高的要求。损伤容限是一个结构经受制造或使用过程中可能遇到的合理水平的损伤或缺陷的能力[1]。在飞机的生产和使用中，各种工具的掉落、跑道上的杂物、冰雹形成的冲击以及其它各种意外撞击都可能造成冲击损伤。在这些损伤中，低俗冲击损伤时最为常见的一种。含冲击损伤的复合材料结构压缩强度会大幅下降，对结构的安全性造成潜在的威胁[2]。所以在飞机复合材料结构设计中必须考虑低速冲击(或低能量冲击)的损伤容限问题。

目前， 国内外很多复合材料方面的学者对复合材料低速冲击问题展开研究．对于冲击后的压缩问题，通常采用开口等效法、软化夹杂法和子层屈曲法等近似模拟冲击后损伤[3]。而试验是得到复合材料冲击损伤性能的最直接的方法，本文通过典型结构冲击后压缩强度试验，确定新材料的冲击损伤性能，为民用飞机复合材料设计提供参考。

2. 材料和试验介绍 2.1. 材料及试验件 两种复合材料分别是成熟的CYCOM977/12K HTS 碳纤维复合材料和新研制的耐高温Epsilon 99702/HTS-130 碳纤维复合材料。Epsilon 99702/HTS-130 碳纤维复合材料是一种新型耐高温复合材料， 能够承受一定的高温环境。两种复合材料预浸料详细信息见表1 所示。

选取某型飞机复合材料壁板两种不同厚度的典型铺层作为试验件的铺层方案， 铺层顺序如表2 所示。

同种铺层分别用预浸料CYCOM977-2/12K HTS 和Epsilon 99702.1/HTS-130 制成两种不同的层压板试验件进行冲击损伤试验。按照试验标准ASTM D7136 [4]，试验件尺寸为150 mm × 100 mm 标准试件，如图1 所示。冲击能量分别选取5J、15J、27J、36J，每个能量点做5 个试验件，每种铺层每种材料的试验件共20 件。

2.2. 试验介绍 复合材料损伤容限试验分两个步骤，首先按照ASTM D7136 [3]标准进行低速冲击试验；冲击后，再按照ASTM D7137 [5]标准对冲击后的试验件进行压缩试验，测出试验件冲击后的压缩强度。

冲击损伤试验夹具用于固定试验件，冲击试验底座开孔为125 mm × 75 mm，试验件四周通过橡胶头将试件固定，由定位销限制其面内移动，将试验件放置在底座的开口上，试验件的加载接头与试验加载设备接头通过简支连接。试验件不允许强迫装配，允许加垫片消除间隙。