1. Effect of CFRP strengthening on the response of RC slabs to hard projectile impact
CFRP加固对混凝土板硬弹冲击响应的影响
本文介绍了CFRP加固RC板在刚性弹丸冲击下的冲击响应。在不同冲击速度下，对CFRP加固RC板进行了半球形头部钢弹的冲击实验和数值研究。从穿透深度、裂纹形成、剥落和结痂区域以及CFRP板断裂等方面测量面板的损伤情况。本文提出了一种利用LS-DYNA分析CFRP加固RC结构冲击响应的有效数值方法。结果表明，碳纤维布加固后，混凝土板的弹道极限速度提高了18%，穿透能量提高了56.7%，减少了正面弹坑破坏，并抑制了混凝土碎片从背面的飞散。对于CFRP加固RC板，最大冲击力出现在几乎相同的穿透深度处，但CFRP提供的约束使穿透深度增加了约1/19.3的板厚。
图1 板的损伤模式：(a)和(b)分别是在92.5m/s的射弹冲击下CFRP板SA-5的正面和背面;(c)和(d)分别是在158 m/s的射弹冲击下CFRP加固板SA-C4的正面和背面
图2 108 m/s冲击速度下CFRP板SA-2的数值和实验损伤比较：(a)和(b)正面损伤-分别为实验和数值;(c)和(d)背面损伤-分别为实验和数值
图3 显示压力等值线的平板：(a)和(b)分别为板SA-C2在125 m/s的冲击速度下的正面和背面;(c)和(d)分别为板SA-C3在147.5m/s的冲击速度下的正面和背面
2. Analytical modeling of the ballistic impact performance of glass fabric - epoxy composites at low temperatures
玻璃纤维-环氧树脂复合材料低温弹道冲击性能的分析建模
环境温度是影响玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合材料装甲应用的因素之一。在目前的工作中，建立了考虑基体材料的应变率相关性和温度效应的GFRP复合材料分析模型。将模型预测的弹道极限与在-35°C至 30°C温度范围内进行的弹道撞击实验获得的数据进行了比较。分析模型的结果表明，GFRP复合材料的弹道极限速度随着温度的降低而增加，弹道极限处的弹道动能的主要部分以应变能和剪切塞形成的形式耗散。弹道极限处的剪切塞厚度在较低温度下增加，表明随着温度降低，失效机制向剪切而非拉伸方向转变。从建模结果进一步观察发现，矩阵速率依赖性的加入不会导致较低温度下的弹道极限预测显著变化。
图4 具有经纱和纬纱的一层GFRP的SEM图像沿着图像的比例
图5 具有不同纱线类型、横向波前和所用坐标系的GFRP层压板的顶视图
图6 在不同温度和入射速度等于相应温度下的弹道极限时，比较损伤半径、目标平面外变形和射弹与GFRP之间的接触力
3. On the impact damage resistance and tolerance improvement of hybrid CFRP/Kevlar sandwich composites
CFRP/Kevlar混杂夹层复合材料抗冲击损伤性能及容限的提高
本文通过实验证明了CFRP芳纶夹层复合材料层合板在冲击和压缩载荷下的抗损伤性能显著提高。Kevlar层芯夹在两个CFRP面板之间，采用手工铺叠和真空装袋制备CFRP/Kevlar芯层合板。进行了低速冲击和冲击后压缩(CAI)试验，以表征抗损伤性。利用微型计算机断层扫描技术对低速冲击过程中的不同损伤模式及其顺序进行了可视化研究。结果表明，在低冲击能量(10 J)下，CFRP/Kevlar芯层合板的主要损伤形式为少量的基体裂纹和分层，而CFRP层合板的主要损伤形式为大面积分层、基体裂纹和纤维断裂；在高冲击能量(70 J)下，CFPR层合板内出现纤维断裂，而CFRP/Kevlar芯层合板未出现任何形式的损伤。这表明CFRP/Kevlar芯层合板在达到层合板的最大载荷能力时，发生载荷下降后仍能承受大载荷。此外，它使得CFRP/Kevlar芯层合板在CAI测试期间承受更大的压缩载荷，从而提高残余CAI强度。由于Kevlar纤维的低密度和冲击过程中较低的损伤水平，CFRP/Kevlar芯层合板的CAI比强度比CFRP层合板提高了51%(更好的损伤容限)。
图7 在10J下测试的BL和CK层压板的损伤机制
图8 BL和CK层合板在70J下的损伤机理
图9 BL和CK层压板的比残余CAI强度(残余CAI强度/重量)随冲击能量的演变
参考文献
[1] Almusallam T, Al-Salloum Y, Alsayed S, et al. Effect of CFRP strengthening on the response of RC slabs to hard projectile impact[J]. Nuclear Engineering and Design, 2015, 286: 211-226.
[2] Choudhury S, Yerramalli C S, Guha A. Analytical modeling of the ballistic impact performance of glass fabric-epoxy composites at low temperatures[J]. International Journal of Impact Engineering, 2023, 176: 104565.
[3] Basha M, Wagih A, Melaibari A, et al. On the impact damage resistance and tolerance improvement of hybrid CFRP/Kevlar sandwich composites[J]. Microporous and Mesoporous Materials, 2022, 333: 111732.
翻译整理：王阳
编辑校对：Leo
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