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1. High-velocity impact damage and compression after impact behavior of carbon fiber composite laminates: Experimental study
碳纤维复合材料层合板高速冲击损伤和冲击后压缩行为的实验研究
翻译人：梁子睿 校核人：李天震
本文通过实验研究了厚度为2.5mm的碳纤维/树脂复合材料层合板在不同冲击速度、角度和位置下的抗冲击性能。在高速冲击过程中，纤维剪切失效和拉伸失效是主要的破坏模式。当冲击速度为300 m/s时，斜向冲击下的纤维拉伸破坏和基体压缩破坏大于法向冲击下的纤维拉伸破坏和基体压缩破坏，层合板吸能也比正常冲击下更滞后。层合板中心的弹道极限、能量吸收和分层面积与边缘冲击的结果相似。此外，还进行了冲击后压缩试验，研究了不同位置对高速冲击后层合板残余抗压强度的影响，两个冲击位置的断裂载荷和破坏模式差异很大。中心冲击层合板的失效模式为主屈曲失效，边缘冲击层合板的失效模式为夹具弹孔侧附近的压缩失效和层合板中心附近的屈曲失效。研究结果可为层合板在实际情况下不同位置撞击后的残余强度提供参考。（冲击中心位置的层合板称为NC层合板，冲击左侧四分之一位置的层合板称为NQ层合板）
图解：1.NC层合板在150m/s冲击后的形貌：(a)撞击坑边缘；(b)撞击坑中心下的光学显微镜结果
图解：2.层合板正面背面压缩损伤形貌：(a)NC层合板；(b)NQ层合板
Zhang N, Zhou G, Guo X, Xuan S, Wei D, Wang X, et al. High-velocity impact damage and compression after impact behavior of carbon fiber composite laminates: Experimental study[J]. International Journal of Impact Engineering 2023(181):104749
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2023.104749.
2. Numerical study of the simultaneous multiple impact phenomenon on CFRP plates
多点同时冲击CFRP板的数值研究
翻译人：赵子龙 校核人：韩泽华
复合材料层合板在各种工程领域中应用广泛，但在使用过程中可能会遭受多点冲击，缩短其使用寿命。在高速铁路行业中，这种现象的典型案例很常见。目前，虽然已有多项研究关注了这一主题，但很少有研究可以提出一种方法来验证由多点同时冲击结构所产生的应力波相互作用的存在。因此，本文旨在研究复材层合板在多点冲击下的响应，以及应力波对其力学性能的影响。为此开发了一个多点冲击数值模型，并通过参考文献中的单次冲击试验结果对该模型进行了验证。结果表明，多点冲击会降低复材层合板的弹道极限，应力波对CFRP板的冲击响应存在影响。
图解：A）面内应力测量方案 B）在分析区域内的单元中确定的面内应力（方向11），冲击速度121m/s
A. M P ,Inés I ,K. S G .Numerical study of the simultaneous multiple impact phenomenon on CFRP plates[J].Composite Structures,2023,320
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.117194
3. Mechanical properties of porous ceramics in compression: On the transition between elastic, brittle, and cellular behavior
多孔陶瓷在压缩中的力学性能：弹性、脆性和类蜂窝行为之间的转变
翻译人：韩泽华 校核人：赵子龙
本文研究了孔隙率在30～75vol%范围内的多孔陶瓷的单轴压缩行为。多孔氧化铝样品的载荷-位移曲线显示，在孔隙率低于60vol%时表现出典型的脆性行为，而在更高的孔隙率时表现出可损坏、类蜂窝状的行为。这种断裂模式的转变是通过X射线断层扫描仪中的原位压缩测试确认的。本文基于一个简单模型，分析了从球形孔隙开始的裂纹长度与孔隙间平均距离之间的关系，预测了破坏行为发生转变时的孔隙率。孔隙尺寸的影响也取决于孔隙的体积分数：低孔隙率时没有尺寸效应，而在高孔隙率时，孔隙越小，断裂强度越高。
图解： a.40vol%造孔剂制备的样品的载荷-位移曲线 b. 60vol%造孔剂制备的样品的载荷-位移曲线 c.多孔氧化铝的抗压强度与大孔隙率的关系 d.孔隙率39vol%（小孔）的样品在压缩脆性破坏后的X射线断层扫描图像
Meille S ,Lombardi M ,Chevalier J , et al.Mechanical properties of porous ceramics in compression: On the transition between elastic, brittle, and cellular behavior[J].Journal of the European Ceramic Society,2012,32(15):3959-3967.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2012.05.006
4. Effect of ceramic balls/UHPC panel on impact resistance of composite armor
陶瓷球/ UHPC面板对复合装甲抗冲击性能的影响
翻译人：李天震 校核人：梁子睿
本文提出了一种陶瓷球/超高性能混凝土面板复合装甲。采用实验与数值分析结合的方法研究穿甲弹对复合装甲的侵彻过程，讨论了陶瓷球直径、陶瓷球层数和约束效应等因素对靶板抗冲击性能的影响。弹道冲击实验结果表明，陶瓷球复合装甲具有优异的抗冲击性能。优化后的多层陶瓷球结构可以有效提高复合装甲的抗冲击性能。陶瓷球复合装甲可以有效阻止损伤和裂纹的扩展，使损伤集中在冲击点附近。陶瓷球的曲面结构导致了弹丸的偏转。偏转效应增加了侵彻路径，减小了侵彻深度，有利于提高靶板的抗冲击能力。超高性能混凝土(UHPC)基体对陶瓷球具有良好的约束作用，有利于陶瓷球的抗冲击性能。验证仿真的有效性后，利用ANSYS / LS - DYNA分析了侵彻过程中速度、损伤和能量的变化情况。通过仿真研究了不同冲击点对抗冲击性能的影响。结果表明撞击点越靠近球心，抗冲击性能越好，且两球间隙撞击点的抗冲击性能比三球间隙撞击点的抗冲击性能差。建立了陶瓷球复合装甲的概率冲击模型。分析子弹直径与陶瓷球直径的比值在0.3 ~ 0.4时，子弹击中高性能区的概率最大，比值在0.9左右时，子弹击中性能最差区的概率最大。该模型用于根据弹丸直径选择最佳的陶瓷球直径。
图解：(a) 弹道冲击实验； (b) 陶瓷球的结构；(c)实验结果。
图解：(a) 陶瓷球的优化结构； (b) 弹体剩余速度和加速度时间曲线；(c) 陶瓷球与TC4板的损伤云图；(d) 目标能量图。
图解：(a) 不同的冲击点位置；(b) 陶瓷球的密实结构；(c) 陶瓷球撞击概率模型图；(d) 击中不同陶瓷球的概率与A。
Kang N, Lai J, Zhou J, et al. Effect of ceramic balls/UHPC panel on impact resistance of composite armor[J]. International Journal of Impact Engineering, 2023, 178: 104623.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2023.104623
5. Effect of seawater ageing with different temperatures and concentrations on static/dynamic mechanical properties of carbon fiber reinforced polymer composites
不同温度和浓度海水老化对碳纤维增强聚合物复合材料静动态力学性能的影响
翻译人：李天震 校核人：梁子睿
本文旨在研究碳纤维增强复合材料( CFRP )在海水环境中的静态动态力学性能及失效机理。将制备好的试样在不同温度和NaCl浓度的人工海水中浸泡7个月。进行了准静态拉伸和动态力学分析( DMA )测试，以评估其拉伸和阻尼性能。采用扫描电子显微镜( SEM )技术观察了老化损伤和断口形貌。结果表明，吸湿量随老化时间的变化规律为温度越高，吸湿量越大，但与NaCl浓度变化不明显。所有条件下的试样都经历了两个阶段的扩散过程：Fickian扩散和非Fickian扩散。拉伸强度的变化规律与Tg（玻璃化转变温度）变化规律一致，而与峰值阻尼的变化规律相反。随着老化时间的延长，CFRP试样的拉伸强度和Tg呈指数下降，峰值阻尼呈指数上升。破坏位移随老化时间和环境温度的增加而减小，但对NaCl浓度不敏感。环境因素改变了CFRP试件的破坏模式，未老化试件以侧向断裂为主。随着老化时间和环境温度的增加，逐渐转变为边缘分层，表明海水老化削弱了层间结合。然而，在不同NaCl浓度溶液中老化的试样的失效模式均为断裂失效。此外，老化试样的纤维从基体中抽出，表明纤维/基体界面黏结力也被破坏。
图解：(a) 湿热老化实验及结果；(b)拉伸试验及其结果；(c) 拉伸试样破坏形态；(d) 不同老化条件下CFRP的腐蚀形态；(e) 试件拉伸断口形貌；(f) 时效时间对基体的影响。
Li H, Zhang K, Fan X, et al. Effect of seawater ageing with different temperatures and concentrations on static/dynamic mechanical properties of carbon fiber reinforced polymer composites[J]. Composites Part B: Engineering, 2019, 173: 106910.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.106910
6. Low-velocity impact behavior of hybrid CFRP-elastomer-metal laminates in comparison with conventional fiber-metal laminates
复合CFRP-弹性体-金属层合板与传统纤维-金属层合板的低速冲击行为对比研究
翻译人：梁子睿 校核人：李天震
在当前单片材料很难满足新产品高要求的环境下，弹性体材料与金属和碳纤维增强聚合物(CFRP)混合，有达到高轻量化的潜力。本文研究了复合CFRP—弹性体—金属层合板(HyCEML) 与传统纤维-金属层合板(FML)的低速冲击行为。通过数值和实验方法评估FML和HyCEML的冲击性能。为了解不同层合板对低速冲击的响应，分析了塑性变形、分层和基体破坏等内部损伤机理。此外，还研究了撞击过程中各组分和各界面的能量分布，以解释损伤机理变化的原因。研究发现，弹性体的引入使层合板的受力区域增大，而不是高度集中在冲击区域。因为在复合层压板内部发生了更广泛的能量分布，该材料在能量吸收方面更有效。层合板中每种组分吸收能量的值和比例受弹性体引入的影响。本文的贡献在于通过实验和数值方法揭示了新型混合层合板的冲击行为。
图解：10J和30J影响的HyCEML 的有限元和实验结果比较：(a) 力-位移曲线; (b) 能量-时间曲线
图解：铝塑性变形吸收的能量：(a) FML; (b) HyCEML
[1] Li Z, Zhang J, Jackstadt A, Kärger L. Low-velocity impact behavior of hybrid CFRP-elastomer-metal laminates in comparison with conventional fiber-metal laminates. Composite Structures 2022;287:115340.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.115340.
7. Multi-impact mechanical behaviour of short fibre reinforced composites
短纤维增强复合材料的多点冲击力学性能
翻译人：赵子龙 校核人：韩泽华
复合材料的高速冲击是汽车、航空和生物医学领域关注的课题。大多数现有文章仅对单一孤立冲击进行研究；本文研究的是复材结构在受到单一冲击、连续冲击和同时冲击的区别，提出了一种试验方法来研究短纤维增强PEEK在单次和多次冲击载荷下的力学性能。试验测试涵盖了从90米/秒到470米/秒的冲击速度。通过比较能量吸收、损伤扩展和破坏机制，评估了复材结构在高速冲击场景中的附加和累积效应。试验结果表明，在多次冲击试验中观察到的特定变形和破坏机制会随着冲击速度的变化而变化。与未经过增强处理的热塑性塑料相比，短纤维增强复合材料在接近弹道极限速度下更容易发生穿透或显著破坏，但在连续的多次高速冲击下观察到的损伤主要是局部的。作为关键结论，单次冲击试验中获得的弹道极限不能外推到连续和同时冲击。在多次冲击试验中，特别是在速度接近弹道极限的情况下，要保证复材结构在冲击中的结构完整性。
图解：a）以弹道极限速度195m/s冲击目标的冲击过程 b）以463.6m/s的速度冲击目标的冲击过程 c）单点冲击下目标的损伤面积与冲击速度的关系 d）不同冲击能量下目标吸能情况
Garzon-Hernandez S ,Garcia-Gonzalez D ,Arias A . Multi-impact mechanical behaviour of short fibre reinforced composites[J]. Composite Structures,2018,202.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.01.070
8. Strain-rate-dependent behavior of additively manufactured alumina ceramics: Characterization and mechanical testing
增材制造氧化铝陶瓷的应变速率相关性研究：表征和力学测试
翻译人：韩泽华 校核人：赵子龙
本文通过试验研究了立体光刻技术制备的增材制造（AM）氧化铝陶瓷的力学行为。在准静态和动态加载速率下，对两种不同打印方向（POs）的AM氧化铝试样进行了测试。PO1和PO2试样在准静态（应变率为10-3s-1）下的抗压强度分别为1640.54±99.33MPa、1494.25±260.08MPa，而在动态（应变率为640-730s-1）下的抗压强度分别为3077.25±174.07MPa、3107.33±97.03MPa，这是已知AM氧化铝的最高值之一，原因是其密度更高、晶粒更细。材料的应变速率相关的抗压强度受到PO的轻微影响，但随着应变速率从准静态加载条件增加到动态加载条件，这种影响会减轻。相比之下，PO对宏观尺度的失效模式影响明显。断口分析显示，在准静态加载下，晶间失效机制占主导地位，在动态加载下，晶间和穿晶机制的组合占主导地位。本文制备的AM氧化铝的裂纹扩展速度平均为785±174m/s，比文献中的常规裂纹扩展速度低68%；硬度为24.45±0.88GPa，高于大多数其他AM氧化铝。总的来说，本研究讨论了AM陶瓷在工程领域取代传统陶瓷的潜力，并为设计性能更好的AM陶瓷提供了启示参考。
图解：a，b）PO1和PO2在准静态加载下材料的断口形貌 c，d）PO1和PO2在动态加载下材料的断口形貌 e）样品的裂纹扩展速度与传统制造的AD98进行比较 f）以红星和蓝星表示的当前AM氧化铝陶瓷的硬度并与传统制造的和文献中其他AM氧化铝陶瓷的硬度比较
Zahra Zaiemyekeh, Haoyang Li, Dan L. Romanyk, James D. Hogan. Strain-rate-dependent behavior of additively manufactured alumina ceramics: Characterization and mechanical testing[J]. Journal of Materials Research and Technology,2024,28.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.12.274.
