不同界面性能Al/Gf/PP层板的低速冲击抗性研究

摘要整理

金属与复合材料界面性能不足（IPMC）使复合材料易受冲击载荷破坏。本研究采用氮等离子体表面处理和磷酸阳极氧化两种方法改性铝合金板材，制备了铝/玻纤/聚丙烯（Al/Gf/PP）层板。基于获得的I型和II型层间断裂韧性数据，在ABAQUS/Explicit中建立了Al/Gf/PP层板低速冲击有限元模型。通过低速冲击试验研究了层板的冲击抗性，包括载荷曲线、失效机制和能量吸收特性。结果表明：在20 J和30 J冲击能量下，两种层板的主要失效模式为分层；在40~50 J冲击能量范围内，等离子体预处理试样后表面出现金属裂纹，具有更高的能量吸收和冲击抗性，但层板整体性无法保持；由于冷却过程中产生残余压应力，层板更易受拉伸而非分层破坏。在60 J冲击能量（导致贯穿裂纹）条件下，等离子体预处理试样因界面性能更优，比能量吸收（SEA）值接近9 J·m²/kg，明显高于对照组。有限元模拟结果表明，界面在应力传递中起重要作用，界面性能优异的试样能使层板吸收更多能量。

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