CFRP材料中低能量鸟类撞击损伤的多尺度表征与评估 黄洪帅、 杨 Bowen、 曹宇、 谭中宪、 李俊超、 李绍龙、 谭天、 杨文峰

《Materials》：Multiscale Characterization and Evaluation of Low-Energy Bird-Strike Damage in CFRP Hongshuai Huang, Bowen Yang, Yu Cao, Zhongxian Tan, Junchao Li, Shaolong Li, Tian Tan and Wenfeng Yang

　　

摘要

碳纤维增强聚合物（CFRP）层压板在低能量鸟类撞击等条件下容易受到几乎看不见的损伤（BVID）。然而，在以往的研究中，大多数对BVID的损伤评估仅限于单一尺度。本文提出了一种多尺度表征和评估方法，该方法结合了层次分析法（AHP）和CRITIC权重法，用于研究CFRP层压板在低能量冲击（约12–33 J）下的损伤演变。通过相控阵超声C扫描、3D光学轮廓测量和扫描电子显微镜技术，分析了分层面积（S_Da）、压痕深度（P_D）、表面裂纹纵横比（R_A）、能量耗散以及冲击后的压缩强度（CAI）。研究结果表明，随着冲击能量的增加，P_D、S_Da和能量耗散分别从108.73 μm增加到213.93 μm，从228.6 mm²增加到695.8 mm²，以及从5.96 J增加到21.40 J。同时，CAI强度从202.2 MPa降低到118.9 MPa，最大降解率为41.16%。在中高能量范围内观察到一个临界转变点，此时分层扩展逐渐趋于平稳，而层内裂纹和纤维断裂变得日益显著。所提出的框架能够对BVID的严重程度进行定量分级，并为评估受冲击CFRP层压板的残余损伤提供了实用依据。