湿热老化对碳纤维增强复合材料层板低速冲击损伤特性的影响：实验与数值研究

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研究湿热老化对碳纤维增强聚合物（CFRP）层板低速冲击（LVI）响应的影响，对轨道车辆设计具有重要意义。本研究制备了铺层序列为[(0/90)]₂₀和[(±45)/(0/90)]₅S的CFRP层板，并进行了湿热老化处理。在冲击能量为18、27和36 J的条件下进行了LVI试验，通过光学检测和相控阵超声检测（PAUT）表征冲击损伤。建立了考虑湿热效应的渐进损伤模型。实验结果表明，湿热老化对力-位移曲线和表面失效的影响可忽略，但显著降低了冲击抗力。在36 J冲击能量下，[(0/90)]₂₀和[(±45)/(0/90)]₅S层板的峰值接触力分别下降9%和5%，相应的最大位移分别增加14%和4%。与未老化试样相比，老化试样表现出明显更大的表面裂纹尺寸。数值模拟结果进一步证实了这一趋势，老化的[(±45)/(0/90)]₅S层板在36 J冲击下的平均分层面积增加34%。研究表明湿热老化主要通过增加基体损伤和层间分层来削弱CFRP层板的冲击性能。

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