姜兴洪

(西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031)

1 简 介

玄武岩纤维是一种新型高性能无机纤维，性能稳定，具有良好的力学性能和环保特性。玄武岩纤维在桥梁、道路以及工业建筑结构中的应用逐年增多，同时在国防等领域也得到越来越广泛的应用。

不过，宣姝姝指出，现阶段医院依然需要保留集中预约的平台，毕竟有的患者还是会选择现场预约；同时，预约中心还承担着咨询和宣教工作。

2.1.1 课外活动参与度不均衡，组织活动质量有待提升 问卷表明，工程学院学生的课外活动平均时间不算多，相对而言，大二、大四学生平均课外活动时间更少些。绝大多数在校生都参加了校内的各种社团，并且参与目的明确，态度积极端正。其中，大三学生参团的平均个数最多，大四学生参团人均数最低。大一至大三学生对社团活动的满意度约为60%，高于大四学生。在各类型课外活动的偏好方面，学生最喜欢参加的是“体育类”和“文艺类”，最不感兴趣的是“学术讲座类”，大部分学生对真人秀娱乐节目更感兴趣。

近年来，肖靖航[1]通过低速冲击试验队玄武岩纤维复材层合板进行研究，对冲击后层合板的损伤形态进行了详细论述，林大路[2]对玄武岩纤维层合板抗侵彻性能开展了试验研究，初步认识了玄武岩纤维层合板的静力学和抗侵彻能力的特点。魏俊[3]等结合传感器技术得到了冲击载荷和冲击点位移随时间变化曲线。宋恒旭[4]运用ABAQUS将复合材料损伤准则及损伤后的材料演化规律引入到有限元计算中，模拟了复合材料层合板在低速冲击下的损伤，验证了计算模型和损伤准则的正确性。

在已有的研究中，复合材料层合板冲击研究多考虑材料损伤和冲击后的剩余强度以及有限元模拟分析，对于玄武岩纤维增强复合材料层合板在低速冲击下最大接触力与冲击能量的关系研究较少，并进行数值模拟验证最大接触力与冲击能量的关系较少。本文基于能量分布法通过低速冲击试验确定侵彻和击穿阈值能量，并结合有限元分析软件对比分析。

2 试验与仿真分析

2.1 低速冲击试验

利用有限元软件ABAQUS对BFRP层合板低速冲击过程进行仿真分析。由于该试验的复合材料板的宽厚比接近于100，属于薄壁壳体结构，使用Continuum Shell单元来模拟建模，层合板采用SC8R单元类型，共计181 656个节点，88 752个单元，冲头采用R3D4单元类型，共计2 107个节点，2 033个单元。所建模型尺寸和铺层方式与试验保持一致。分析时，认为冲头为刚体，不发生形变，冲头直径为10 mm，层合板与冲头间的接触属性定义为通用接触属性，外边界采用铰支约束，有限元模型见图1。

日本受国土资源的限制，农业耕地资源相对较少，因此农产品更多依赖进口。1984年开始，日本成为世界上最大的食品进口国，国民所食用的食物超过60%都来自进口。在此种背景之下，日本政府对自身国家的农业发展给予了较高的支持。随着经济的快速增长，日本的农业保护水平不断提升[8]。2012-2014年，日本的农业支持量达到年均535.5亿美元，相当于国内农业总收入的52.3%。

2.2 仿真分析

试验所用材料为四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司提供的玄武岩纤维产品。试验件由玄武岩纤维BWR300-100方格布与迈图R035C/H037环氧树脂在23 ℃下固化压制24 h后的复合材料层合板。复合材料层合板铺层顺序为0 °和90 °交叉铺层，尺寸为100 mm×100 mm，平均厚度为0.9 mm。层合板纤维质量含量为68.6 %。

3 结果与讨论

3.1 材料损伤分析

复合材料的冲击损伤分析由于其组件在测试过程中的不同行为而非常复杂。在冲击试验期间，冲击响应有三种类型，包括回弹、侵彻和击穿。当冲头的能量不足以渗透到层合板纤维中时，发生回弹响应，在这个过程中，冲头在与层合板表面接触时给层合板传递一些能量并对其造成损坏。这种现象降低了冲头的能量和速度，最后，冲头的速度在接触后变为零并且其运动方向改变。当冲头的能量增加时，它可能在表面接触后渗透到层合板内部，或者冲头突然卡在层合板中，发生侵彻响应。在击穿响应过程中，冲头的能量足以侵彻，并且足以对层合板进行击穿。

对比图2中冲击模型计算结果和试验结果，可以发现试验得到的最大接触力比模型计算的最大接触力稍小，这是由于实际试验中材料性能相对理论值偏小。总体来看，试验数据与模型计算结果的冲击力-时间曲线变化趋势一致，均在上升部分快速增加，峰值后迅速下降，出现曲线平台，并在下降部分出现曲线震荡，随后继续下降直至结束，并且值得注意的是，随着冲击能量的增加，震荡幅度增加。

试验使用 INSTRON CEAST 9350冲击试验机进行低速冲击试验，该仪器能够使用能记录时间与接触力、吸收能量、挠度和冲击速度的软件进行多次不同冲击能量的实验，并且使用传感器系统将力数据传输到相关软件。样品夹具孔直径为30 mm，冲头为半球形状，直径20 mm，质量5.5 kg。分别采用2.75 J、6.20 J、11 J、17.2 J、24.75 J五种不同的能量进行低速冲击测试。试验过程中自动记录冲击力-时间曲线。

(a) 2.75 J

(b) 6.19 J

(c) 11.00 J

(d) 17.20 J

(e) 24.75 J图2 冲击力-时间曲线

不同冲击能量下的冲击力-时间曲线见图2。曲线包含两个部分，上升和下降。上升部分是冲击加载过程，下降部分是图表中最重要的部分，它显示了材料的冲击响应。对于回弹响应，下降部分曲线较平顺，曲线振动较小，冲击能量越小，曲线越平滑，对于侵彻响应和击穿响应，曲线在下降部分发生剧烈震荡，层压板纤维发生断裂所致。图2(a)的2.75 J的冲击能量不足以进行侵彻，冲头发生回弹，曲线具有对称性，加载时间等于卸载时间，在这种情况下，持续时间围绕峰值接触力对称。结合图2和图3分析可得，对于BFRP复合材料，在能量值小于6.19 J的冲击试验中发生回弹。当冲击能量增加超过11 J时发生侵彻。因此，11 J是BFRP的侵彻阈值能量。当冲击能量增加到24.75 J，在BFRP中发生击穿。对于发生侵彻或击穿的高能量冲击曲线，加载时间短于卸载时间。

(a) 2.75J

(b) 6.19J

(c) 11.00J

(d) 24.75J图3 冲击后的层合板

3.2 损伤形态

BFRP层合板在不同冲击能量下的受损表面如图3所示。低速冲击试验中可能出现不同类型的失效模式，如微裂纹形成、剥离、界面分层、纤维拉出、纤维断裂和纤维桥接。纤维拉出被认为是BFRP的主要损伤模式，因为玄武岩纤维与环氧基质的粘附力弱。基本上，损坏模式取决于冲头的冲击参数和复合材料的机械性能。

长期以来，SEC储量评估工作一般由集团公司和油田分公司两级负责，采油厂只是参与。SEC储量评估由总部负责组织、协调、对外披露、技术培训、考核等工作；油田分公司负责具体承担预评估、与外方评估师具体对接、按照评估期限和评估单元进行具体评估与分析、相关课题研究等工作，还要完成被考核的任务指标。采油厂除了提供必要的基础资料外，暂时还没有承担相关指标任务、参加更多的储量评估工作。

对于BFRP层压板，在2.75 J的较低能量下不能清楚地看到冲击损伤，如图3(a)。对于低能量冲击，层合板主要的破坏模式是分层和基体裂缝而不是纤维断裂。然而，对于较高的冲击能量，纤维与基体之间的分裂和纤维断裂是冲击点周围的主要损伤模式。对于24.75 J的较高能量的BFRP层合板，层压板在样品的后表面处开裂。

4 结论

对五种不同能量下的玄武岩纤维增强聚合物复合材料进行低速冲击试验表明，随着冲击能量的增大，冲击响应有三种类型，包括回弹，侵彻和击穿，接触力-时间存在峰值拐点，并且峰后曲线在冲击能量大于6.19 J后出现明显震荡阶段。11 J是BFRP的侵彻阈值能量，24.75 J是BFRP的击穿阈值能量。