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1. Dynamic response of foam core sandwich panel with composite facesheets during low-velocity impact and penetration
在低速冲击和穿透过程中三明治结构复合板的动力响应
翻译人：杨宇航 校核人：李天震
本文为研究三明治结构复合板的冲击损伤和能量吸收机理提供了一种新的分析方法。三明治结构复合板在结构件中要考虑的一个重要因素是其抗冲击特性。一般而言，冲击涉及两个关键方面：冲击破坏导致结构刚度、强度的退化和能量吸收能力。以往的分析模型主要分为三类：能量平衡模型、弹簧-质量模型和模态叠加模型。这些模型较好地预测了三明治结构复合板的冲击响应，却很少考虑其穿透过程。本文旨在研究三明治结构复合板低速冲击和穿透过程中的动力响应。研究中采用的三明治结构复合板由两个单向碳纤维增强聚合物面板和一个闭孔泡沫铝夹芯组成。夹芯板直径76 mm，面板厚度0.5 mm，芯厚30 mm，每个面板包括4层碳/环氧复合材料；冲击器半径为6.5 mm，质量为2.65 kg，初始速度为6.7 m/s。三明治结构复合板在低速冲击下的穿透过程可以分为三个阶段：上面板破坏、芯层破碎及剪切破坏、下面板破坏。本文通过对三个阶段破坏的分析，建立了一种基于能量法的分析模型，用于预测接触力、接触时间、冲击器位移、能量吸收和破坏模式，进一步分析了三明治结构复合板对吸能的贡献。结果表明，冲击器位移-时间曲线和能量吸收-时间曲线与试验结果吻合较好。特别是对峰值载荷、冲击器位移和能量吸收的预测误差小于15%。
图1. 模拟与实验的能量吸收-时间曲线及破坏形态对比：(a) 能量吸收-时间曲线及破坏形态；(b) 俯视图；(c) 横断面视图。
Zhu Y, Sun Y. Dynamic response of foam core sandwich panel with composite facesheets during low-velocity impact and penetration[J]. International Journal of Impact Engineering, 2020, 139: 103508.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2020.103508
2. Evaluation of the thermal aging of aeronautical composite materials using Lamb waves
使用兰姆波对航空复合材料热老化的评估
翻译人：韩吉祖 校核人：赵子龙
本文旨在揭示使用兰姆波评估航空复合材料热老化的能力。航空复合材料是具有聚合物基体的二维编织复合结构。通过调节温度和固化持续时间，可以获得 20 多种不同的热老化曲线。使用归一化破坏性表征和 X 射线计算机断层扫描来评估其对材料性能的影响。通过与复合结构接触的单个3 MHz相控阵探头来产生和检测兰姆波，获得弹性波在复合材料中传播的时空图像。采用二维离散傅里叶变换或奇异值分解将实验数据投射到波数频域中，计算了色散曲线。这两种方法都可以准确估计兰姆波色散曲线。然后，通过将实验数据与一组对应于不同受控热老化曲线的色散曲线进行比较来评估热老化。这些结果为未来研究定量评估复合材料热老化提供了新的方法。
图2.（a）实验设备（b）由1.46毫米厚的铝板中产生的声信号
图解. 表示不同样品经受不同热降解过程圆形表示未受影响的样品，三角形表示严重影响的样品，正方形表示中间情况
Ducousso M ,Dalodière A ,Baillard A .Evaluation of the thermal aging of aeronautical composite materials using Lamb waves[J].Ultrasonics,2019,94174-182.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ultras.2018.09.014
3. Hygrothermal Behavior of Carbon Fiber Fabric Reinforced Vinylester Resin Composite Structures
碳纤维织物增强乙烯基酯树脂复合材料结构的湿热性能
翻译人：万泽周 校核人：梁子睿
本文研究了乙烯基酯树脂及其碳纤维织物增强复合材料结构的湿热老化，重点研究了吸湿性和随之而来的机械性能下降。制备了树脂试样和CFRP（碳纤维增强聚合物）试样，并在70 °C的温度下分别浸入去离子水和人造海水中。定期进行重量测量，同时使用扫描电子显微镜 （SEM） 进行表面形态观察，并通过傅里叶变换红外 （FTIR） 光谱鉴定官能团的变化。同时，定期检查树脂和CFRP的力学性能。结果表明，纯树脂在去离子水中发生强烈水解。由此产生的重量随浸泡时间的变化表现出非菲克扩散行为。相比之下，浸泡在去离子水和人工海水中的CFRP试样几乎符合菲克扩散行为，饱和度稳定分别为0.32%和0.31%。去离子水中树脂性能的降解受水解和塑化的影响，而人工海水中树脂性能的劣化主要是由于塑化。CFRP的拉伸性能对去离子水和人工海水环境不敏感。在人造海水和去离子水中浸泡2160 h的纯树脂的拉伸强度分别保留了原始值的64.5%和66.9%。相比之下，水分扩散到树脂中对压缩性能的影响较小。
图3. CFRP在不同载荷下的典型破坏模式 (a)拉伸(b)压缩(c)面内剪切(d)短梁弯曲
图解. 浸泡2160 h后纯树脂强度与CFRP的保留率
Gao J, Li X, Wei J, et al. Hygrothermal behavior of carbon fiber fabric reinforced vinylester resin composite structures[J]. Applied Composite Materials, 2024: 1-19.
原文链接：https://doi.org/10.1007/s10443-024-10216-1
4. Degradation and mechanical performance of fibre-reinforced polymer composites under marine environments: A review of recent advancements
纤维增强聚合物复合材料在海洋环境下的降解及其力学性能研究进展
翻译人：王业宏 校核人：梁子睿
纤维增强聚合物复合材料（FRPC）具有更好的耐腐蚀性、更高的强度重量比和模量重量比，广泛应用于汽车、风力发电、石油和天然气等行业。在使用中，FRPC暴露在高温和潮湿的环境中，导致吸水，从而导致各向异性膨胀并产生影响FRPC耐久性的残余应力。吸水会导致膨胀、塑化、基质水解、化学改变和纤维/基体界面脱粘，导致其机械性能下降。已经确定，湿热老化的影响归因于各种因素，例如织物结构、聚合物基质、环境条件和制造引起的缺陷。湿热老化结合了水和热的影响，对FRPC的机械性能产生不利影响，导致塑化、基质水解、纤维基体脱粘、溶胀、质量损失和化学变化。如CDM、CLT和分析方法，都可以预测机械性能的下降。其中，CDM由于使用了损伤演化定律，在预测FRPC的耐久性方面特别有效。
图解：图(1) 吸湿对FRPC力学性能的影响；图(2) (a)拉伸下的纤维破坏，(b)基体面内横向拉伸，(c)基体面外横向拉伸，(d)纤维压缩下的破坏，(e)基体面内横向压缩，(f)基体面外横向压缩；图(3) 热塑性和热固性树脂的吸水结果；图(4) FRPCs的吸水行为比较。
Hussnain S M, Shah S Z H, Megat-Yusoff P S M, et al. Degradation and mechanical performance of fibre-reinforced polymer composites under marine environments:–A review of recent advancements[J]. Polymer Degradation and Stability, 2023: 110452.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2023.110452
5. Mechanical behavior of high density polyethylene and its carbon nanocomposites under quasi-static and dynamic compressive and tensile loadings
高密度聚乙烯及其碳纳米复合材料在准静态和动态压缩拉伸载荷下的力学行为
翻译人：高继兵 审核人：李天震
本文主要目的是表征和比较聚合物纳米复合材料在准静态和动态载荷下的拉伸和压缩力学行为。所研究的材料包括HDPE(高密度聚乙烯)、HDPE/CNF(碳纳米纤维)和HDPE/CNF-GNP(石墨纳米片)。通过微观结构分析三种材料可能的变形和断裂机制来解释其宏观力学行为。在动态加载下，抗拉强度低于相应的压缩强度，但在静态加载下，抗拉强度高于相应的压缩强度。结果表明GNP的加入在一定程度上降低了压缩强度，但提高了拉伸强度。前者可能是由于GNP与基体界面处形成了缺陷，后者可能是由于变形引起的旋转和调整使GNP的承载能力增强。进一步讨论了宏观行为和增强效应所表现出的拉-压不对称性的可能机制。
图5. 三种材料在0.1S-1、1×103、4×103、7×103的应变率下的应力-应变曲线对比
Liu Y, Hu Y, Liu T, et al. Mechanical behavior of high density polyethylene and its carbon nanocomposites under quasi-static and dynamic compressive and tensile loadings[J]. Polymer Testing, 2015, 41: 106-116.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2014.11.003
6. The damage characteristics and formation mechanism of ultrahigh strength 7055 aluminum alloy under hypervelocity impac
超高强度7055铝合金超高速冲击损伤特征及形成机理
翻译人：郑泽森 校核人：韩泽华
本文研究了超高强度7055铝合金板材在铝弹丸超高速撞击下的损伤形貌演变情况，分析了不同撞击速度下弹坑形貌的形成机理。研究发现，随着撞击速度的增加，撞击坑由球冠状演变为球锥复合状，最终转变为半球状。弹坑形状的演变与稳态冲击压力、合金强度的比值密切相关，弹坑直径随撞击速度的变化符合半球形理论的假设。由于弹坑底部形成锥形区域，靶板背部出现层裂，导致弹坑深度出现较大偏差。研究证明了锥形弹坑的形成与7055铝合金在动载荷下较差的应变硬化、抗剪切局部化能力有关。因此产生绝热剪切带并演变为剪切裂纹，导致弹坑底部形成锥形区域。根据研究可得，在航天器防护材料的设计、评估和选择中，应充分考虑其抗剪切局部化性能。
图6. 开孔表面周围的微观结构显示了绝热剪切带和裂纹的形成。 (a)(c) 1.42 km/s；(b)(d) 1.90 km/s。
Weiliang Z ,Xinran Z ,Liangju H , et al.The damage characteristics and formation mechanism of ultrahigh strength 7055 aluminum alloy under hypervelocity impact[J].International Journal of Impact Engineering,2023,180.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2023.104718
7. Machine learning-based determination of Mode II translaminar fracture toughness of composite laminates from simple V-notched shear tests
基于机器学习的通过简单V型缺口试样剪切试验测定复合材料层压板的II型层间断裂韧性方法
翻译人：姚华柯 校核人：赵子龙
在分析复合材料力学性能所需的各种参数中，断裂韧性是测量过程最难的数据之一。本文提出了一种测量复合材料层压板在II型剪切载荷作用下的层间抗裂性曲线的新方法。利用基于机器学习的方法，从简单的V型缺口剪切试验层间剪切强度测量中提取抗裂性曲线的隐含信息。整个工作建立在有限断裂力学（FFM）与有限元法（FEM）相结合的框架上。利用循环神经网络模型，以无缺口和V形缺口的剪切强度值作为输入，获得复合材料层压板的II型R曲线。然后对碳纤维增强复合材料试样进行了实验，验证了所提方法和传统剪切试验所得到的R曲线的吻合度。
复合材料在II型载荷下表现出非线性行为，因此传统的FFM模型不起作用。线弹性FFM和弹塑性FFM的比较表明，在裂纹尺寸较小的情况下模型预测应力分布和极限破坏应力方面具有更高的精度。其次，LSTM网络作为一种循环神经网络，可以将V型缺口剪切强度解释为抗裂曲线。弹塑性FFM模型表明，一个强度数据仅涉及抗裂性曲线的一部分。因此，来自不同测试样本的尽可能多的数据有助于更好地预测。
图7.用于确定 XPREG-XC110® 斜纹编织层压板的II型断裂韧性的剪切试验。（a）实验设置；（b）四个试样的裂纹形态；（c）抗裂性曲线的结果。
Qiu C ,Gui Y ,Ma J , et al.Machine learning-based determination of Mode II translaminar fracture toughness of composite laminates from simple V-notched shear tests[J].Composites Part A,2024,184108233-.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2024.108233
8.Novel bio-inspired design strategy for balancing of strength/toughness/random defect tolerance of composite
复合材料强度/韧性/随机缺陷容忍度平衡的新型仿生设计策略
翻译人：李天震 校核人：梁子睿
珍珠外壳具有优异的机械性能，其特点是与其组成材料相比具有更高的强度和韧性。这种显著的力学性能归因于其微观结构。在与螳螂虾的生存斗争中，贝壳不可避免地会出现随机缺陷，但这并不影响其抗冲击性能。这是因为与连续纤维结构相比，砂浆结构表现出优异的缺陷不敏感性，尽管其强度明显较低。我们正在考虑是否有可能设计一种新的微观结构，能够同时具有出色的缺陷不敏感性能和高强度/韧性特性。因此，本文创新性地提出了一种针对多种微结构的混合设计策略。生成Python脚本代码来模拟具有不同长细比的砂浆，包括初始缺陷。通过实验验证了有限元模型的有效性。结果表明，Hybrid-1结构具有较高的峰值荷载和损伤耗散能以及较好的缺陷不敏感性。Hybrid-2的损伤耗散能的缺陷不敏感特性甚至超过了均匀砂浆结构，而其强度水平几乎与连续纤维相当。这种混合设计策略在实现强度、韧性和对微观结构随机缺陷的容忍度之间的平衡方面显示出巨大的潜力，为复合材料的仿生设计提供了新的途径。
图8.(a) 有限元模型；(b)有限元预测与实验结果对比；(c) Hybrid-CF&BM(梯度砖砂浆)结构设计；(d) CF、BM及两种混合设计结构的比较。
Shi Y, Zeng J, Zhang Q, et al. Novel bio-inspired design strategy for balancing of strength/toughness/random defect tolerance of composite[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2024: 108286.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2024.108286
9. Experimental and numerical studies on the dynamic response of precast concrete slabs under blast load
爆炸荷载作用下预制混凝土板动态响应的试验与数值研究
翻译人：赵子龙 校核人：韩泽华
本文通过对不同比例尺距离（1米/千克^(1/3)、0.8米/千克^(1/3)和0.6米/千克^(1/3)）下的预制混凝土（PC）板进行现场爆炸试验和数值模拟，研究了PC板的抗爆性能。测量了PC板的入射和反射超压、位移以及损伤分布，并将其与相同比例尺距离下的普通钢筋混凝土（RC）板的试验结果进行了比较。入射和反射超压与CONWEP经验公式一致，验证了试验中爆炸载荷的有效性。在相同的工况下，PC板的最大位移大于RC板。两种板型均表现出弯曲破坏，但其裂缝分布明显不同。PC板的裂缝数量多，宽度窄，分布更均匀。PC板能够均匀地消散爆炸冲击波。在PC板的叠合面上没有观察到明显的裂缝，从而满足了剪力要求。最后，使用CONWEP方法研究了PC板在爆炸载荷下的动态响应，并通过LS-DYNA软件验证了有限元（FE）模型的有效性。
图9.不同比例尺距离下的超压-时间历程曲线
Shuanzhu T ,Qiushi Y ,Xiuli D , et al.Experimental and numerical studies on the dynamic response of precast concrete slabs under blast load[J].Journal of Building Engineering,2023,70
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106425
10.Experimental and numerical investigations on the behavior of thin metallic plate targets subjected to ballistic impact
薄金属板目标在弹道冲击下的行为的实验和数值研究
翻译人：梁子睿 校核人：李天震
本文对金属铝薄片1100-H12靶材穿孔中不同变形模式下的能量吸收能力进行了描述。目标受到直径为19毫米的硬钢圆柱形弹丸的撞击，这些弹丸具有不同的弹头形状，即椭圆形，钝头，圆锥形和半球形。研究了倾斜冲击对直径255 mm圆板靶材在入射线0°（法线）、15°和30°角处穿孔行为的影响。还比较了两种不同配置的靶板的弹道性能，即2 mm厚的单片靶和等效厚度（2 × 1 mm）的接触式双层靶。在ABAQUS/Explicit求解器中，使用Johnson-Cook弹粘塑性材料模型对目标进行了数值模拟，结果与实验观察结果相吻合。根据弹道极限速度、目标的局部和全局变形、失效机制和在撞击过程中涉及的各种变形模式下所做的塑性功，评估了目标靶板对不同几何形状弹丸的弹道性能。据观察，除了被钝头射弹撞击的目标外，所有目标的弹道极限都随着倾角的增加而增加。不同变形模式吸收的能量与射孔过程中目标的失效机制相吻合。两种目标配置都显示出半球形弹丸的最高弹道阻力
图10. 不同倾斜度下用钝头弹丸撞击的靶板的典型失效模式比较
[1] Mohammad Z, Gupta PK, Baqi A. Experimental and numerical investigations on the behavior of thin metallic plate targets subjected to ballistic impact. International Journal of Impact Engineering 2020;146:103717.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2020.103717.
11.Influence of Vacuum Debinding Temperature on Microstructure and Mechanical Properties of Three-Dimensional-Printed Alumina via Stereolithography
真空脱脂温度对立体光刻三维打印氧化铝微观结构和力学性能的影响
翻译人：韩泽华 校核人：赵子龙
本文采用多种表征技术系统地研究了真空脱脂温度对3D打印氧化铝的微观结构和力学性能的影响。结果表明，脱脂温度>400℃时导致的重量损失可以忽略不计，烧结后氧化铝的微晶尺寸会随着脱脂温度的升高而减小。较低脱脂温度（300-350℃）无法去除光敏树脂，只会导致松散的层状结构；较高的脱脂温度（450-600℃）则会产生一些不规则的小尺寸颗粒。此外，烧结过程后氧化铝颗粒的尺寸会增加。拉曼光谱分析表明，脱脂后的样品含有C、Al和O，而烧结后样品未检测到C。因为收缩率、开孔率和相对密度等与弯曲强度密切相关，而弯曲强度受脱脂温度的影响，所以根据物理性能和加工要求，最佳真空脱脂温度应在400-500℃范围内。
图11.不同脱脂温度下样品脱脂后和烧结后的微观结构. 脱脂后: (a1)300℃, (b1)350℃, (c1)400℃, (d1)450℃, (e1)500℃, (f1)550℃, (g1)600℃. 烧结后: (a2)300℃, (b2)350℃, (c2)400℃, (d2)450℃, (e2)500℃, (f2)550℃, (g2)600℃.
Li H, Liu Y, Liu Y, Wang J, Zeng Q, Hu K, Lu Z. Influence of Vacuum Debinding Temperature on Microstructure and Mechanical Properties of Three-Dimensional-Printed Alumina via Stereolithography[J]. 3D Print Addit Manuf. 2020 Feb 1;7(1):8-18.
原文链接：https://doi.org/10.1089/3dp.2019.0060
