缎纹碳纤维织物树脂基复合材料动态力学性能和损伤特性

Dynamic mechanical properties and damage characteristics of satin weave carbon fiber fabric resin based composite material

摘要

采用分离式霍普金森压杆实验装置（简称SHPB）对缎纹碳纤维织物树脂基复合材料Q/2AJ1011在-55~75 ℃六组温度、三组应变率下的纤维经向和纬向动态力学性能进行了研究，利用扫描电镜进行损伤特性研究。结果表明，该材料在动态压缩下具有明显的温度敏感性，三组应变率下纤维经向和1250 s^-1应变率下纤维纬向的压缩强度受温度变化影响基本一致，即以25 ℃为压缩强度峰值点，随温度的升高压缩强度下降，经向压缩强度随温度升高至75 ℃时下降了18%；-25~0 ℃为压缩强度最低范围区间，相比25 ℃下降了23%；随着温度下降到-55 ℃压缩强度较-25 ℃时显著提升；但纤维纬向不同之处是在较低应变率850 s^-1和1100 s^-1时温度的影响向高温移动，即50 ℃为压缩强度最高点。同时发现在高温下本征脆性材料出现了一定弹塑性行为。材料压缩强度对应变率变化不敏感，变化在10%以内。损伤特性受温度和应变率影响较大，随应变率增大剪切显著增加；受温度的影响为低温下出现集中贯穿分层裂纹，具有明显的脆性断裂特征，高温下裂纹分布较为均匀，脱粘增加，说明高温下界面结合变弱。

Abstract

The dynamic mechanical properties of satin weave carbon fiber fabric resin based composite material Q/2AJ1011 in the warp and weft directions are studied using a split Hopkinson pressure bar （SHPB） experimental device at six temperatures ranging from -55 ℃ to 75 ℃ and three strain rates. The damage characteristics are studied using scanning electron microscopy. The results show that the material exhibits significant temperature sensitivity under dynamic compression. The compressive strength of the fiber at three strain rates in the warp direction and at high strain rates of 1250 s^-1 in the weft direction is basically affected by temperature changes， with 25 ℃ as the peak point of compressive strength，it decreases with the increase of temperature， and the decrease ratio reaches 18% with the increase of temperature to 75 ℃.As the temperature decreases to -25 ℃， the compressive strength of the material shows a decreasing trend， with a decrease ratio of 23% at -25 ℃. As the temperature further decreases to -55 ℃， the compressive strength significantly increases； However， the fiber weft direction exhibits a hysteresis phenomenon in the temperature effect at lower strain rates of 850 s^-1 and 1100 s^-1， with 50 ℃ being the maximum strength. At the same time， it is found that intrinsic brittle materials exhibit certain elastic-plastic deformation at high temperatures. The material strength is not sensitive to changes in strain rate， and the performance changes are within 10%. The damage characteristics are greatly influenced by temperature and strain rate， with an increase in strain rate leading to a significant increase in shear. The influence of temperature results in a clear brittle fracture feature of concentrated through layered cracks at low temperatures， while an increase in debonding at high temperatures indicates a weaker interfacial bonding.

Graphical abstract

关键词

霍普金森压杆 / 缎纹 / 复合材料 / 动态力学性能 / 损伤特性

Key words

SHPB / satin weave / composite / dynamic mechanical property / damage characteristic

飞机工业集团有限责任公司 飞机设计研究所，哈尔滨150060；3 哈尔滨哈飞空客复合材料制造中心有限公司 工艺工程室，哈尔滨150060）

树脂基复合材料因具有比强度和比刚度高、耐腐蚀和耐疲劳性能优异、可设计性强等优势在航空领域应用日益广泛^［1-4］。目前国内外主流直升机中应用最多的复合材料为碳纤维树脂基复合材料；因其出色的力学性能在直升机机体结构中大量取代铝合金、合金钢等材料，逐步应用在主承力与次承力结构中，如舱门、涵道垂尾、水平尾翼、结构框/梁等重要部位。树脂基复合材料在全机的应用占比已成为衡量直升机先进性的重要标志。

在直升机机体抗冲击设计及损伤研究方面，过往均是按复合材料室温下准静态力学强度进行计算、分析、设计，但直升机在露天停放、高速飞行等过程中，不可避免地会遭遇到一系列的低、高速冲击问题，如工具掉落、鸟撞、冰雹、碎石等离散源冲击工况^［5-7］；同时直升机服役温度区间通常在-55~75 ℃之间，机体结构受动态冲击和温度的综合影响在航空材料及结构冲击领域一直未得到有效关注。

近些年国内外相关研究中发现树脂基复合材料在动态冲击作用下力学特征和损伤特征往往显示出与准静态加载下明显迥异的特性^［8-16］；其中Kenji等^［8］对环氧树脂基碳纤维（HTS40 F13 12K）复合材料进行了20、40、60 ℃和不同加载方向的准静态压缩及动态压缩实验，结果表明，随温度升高材料压缩强度大大降低，但随应变率增大压缩强度略有增加，吸收能量则随应变率增加显著降低。Hu等^［9-10］对4缎纹碳纤维环氧树脂基复合材料（HF10A-3）进行了25~175 ℃下在准静态和1100 s^-1应变率下的性能研究，发现随着温度升高材料的压缩强度逐渐下降，高应变率较准静态下压缩强度变化不明显。张君秋等^［11］对环氧树脂基平纹碳纤维复合材料进行了20~100 ℃下的不同应变率的压缩实验，发现随温度升高压缩强度和模量减小，随应变率增大压缩强度和模量增大。

国内外针对树脂基复合材料的研究温度大多局限在室温和高温，对低温下力学行为研究则较少，材料方面多为单向带或平纹织物，缎纹织物研究较少，对纤维经向与纬向性能差异研究少见，对动态压缩性能和损伤特性分析不足。本工作利用分离式霍普金森压杆（split Hopkinson press bar， SHPB）技术测试了民用直升机机体结构用7缎纹碳纤维织物树脂基复合材料（Q/2AJ1011）在高应变率下的力学性能，研究了不同应变率（850~1250 s^-1）、不同温度（-55~75 ℃）下经向和纬向材料的力学响应，分析了损伤特性与断裂机理，为树脂基复合材料动态冲击领域研究和直升机机体结构抗冲击设计提供理论支撑。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

本实验材料选用民用直升机所用的环氧树脂基缎纹碳纤维复合材料预浸布（Q/2AJ1011），材料牌号为M42/50%/220H4/HTA-3K/1260；该材料单层厚度为0.26 mm；材料的玻璃化转变温度T_g值为-15~-5 ℃。所用树脂类型为M42环氧树脂，其占比约50%，碳纤维牌号为HTA-3K，属经面7缎纹织物，经纱和纬纱每间隔7根发生一次交织，经面组织点多于纬向组织点；缎纹织物具备经纬布交织点少、表面平整、光滑、富有光泽等优异性能，如图1所示：黑色为经向，白色为纬向。

实验件制造过程首先进行实验大板的制作，如图2所示，铺层设计为［0°］₂₄，材料固化成型后通过激光对实验大板切割制备成所需成实验件，压缩实验件尺寸为9.00 mm×9.00 mm×6.24 mm（图2），保证实验件长径比在0.5~1.0之间，从而有效降低波的衰减^［8］。实验件平行度和垂直度理论规定为≤0.08 mm，纤维方向误差的积累不超过2°，分层尺寸≤Φ6 mm。

1.2 动态力学实验

基于直径14 mm的SHPB实验装置进行动态力学压缩实验。SHPB实验装置因其实验成本低、重复性好、测试手段简单^［17］，是研究材料冲击动态力学性能的主要方法^［18-19］，已成为探究材料或结构在高应变率下（10² ~10⁴ s^-1）动态响应的常用实验装置。

SHPB实验装置组成示意图见图3，主体为撞击杆、入射杆、透射杆和吸收杆四个部分；通过气瓶气压值控制撞击杆撞击速度，气压值越高撞击速度越大，所获得应变率越高；撞击杆与入射杆碰撞，在碰撞界面产生应力脉冲沿入射杆传播，一部分应力脉冲在入射杆与实验件接触界面发生反射，一部分应力脉冲从实验件透过，进入透射杆，完成一次传播。

入射杆和透射杆上对称粘贴应变片， 以保证两者测得的信号的同步性，还可消除非轴向应变的干扰信号^［20］，通过应变片采集获取入射波、反射波和透射波的应变。

根据一维应力波理论^［21-22］，通过测定压杆上的应变来推导实验件的应力-应变关系，当满足式（1）时实验件处于应力平衡，通过式（2）~（4）进行应力、应变计算：

{\epsilon }_{\mathrm{i}}+{\epsilon }_{\mathrm{r}}={\epsilon }_{\mathrm{t}}（1）

\dot{\epsilon }=-\frac{\mathrm{2}{C}^{\mathrm{0}}}{l_{\mathrm{0}}}{\epsilon }_{\mathrm{r}}（2）

\epsilon =-\frac{\mathrm{2}{C}^{\mathrm{0}}}{l_{\mathrm{0}}}{\displaystyle \underset{\mathrm{0}}{\overset{t}{\int }}}{\epsilon }_{\mathrm{r}}\mathrm{d}t（3）

\sigma =\frac{AE}{A_{\mathrm{0}}}{\epsilon }_{\mathrm{t}}（4）

式中：A为压杆横截面积；E为压杆弹性模量；ε_i、ε_r和ε_t分别是入射波、反射波和透射波应变；C⁰是在压杆中应力波波速；l₀和A₀分别是实验件初始长度和初始横截面积。

因实验材料为缎纹碳纤维复合材料，经向与纬向表现出不同的力学性能，因此分别进行经向、纬向冲击压缩实验。此外，该民用直升机的服役温度范围为-55~70 ℃。经综合考虑，为验证温度对冲击载荷时材料力学性能的影响，选定实验温度为：-55、-25、0、25（室温）、50、75 ℃共六组。

SHPB高温压缩实验通过在实验件夹持位置安装专有的高温加热装置（见图4），由制热设备（含加热电阻、分线器、电源插头）及插电式温控器（含电源插头、温度测试探头、温控器面板）组成，插电式温控器连接常规220 V电源后启动工作，制热设备电源插头与温控器连接后启动并通过加热电阻进行加热，温度测试探头实时监测实验件温度，到达预设温度后自动切断电源；该加热装置温度控制精度±1 ℃，通过更改加热电阻片尺寸可获得不同加热峰值。

低温实验通过液氮进行制冷，将液氮倒入保温杯中，并使用能够进行超低温测定的插电式温度测试装置进行温度测定，当达到比预设温度低5 ℃时，迅速放入盛放实验件的容器（作用为防止实验件直接与液氮接触）并使温度测试装置探头与实验件直接接触且迅速封闭保温杯，保温10 min，而后使用塑料镊子取出实验件并在5 s内完成SHPB冲击压缩实验，低温时温度控制精度在±5 ℃。

同时为验证应变率对材料性能的影响，进行850 s^-1（对应气压值0.2 MPa）、1100 s^-1（气压值0.25 MPa）、1250 s^-1（气压值0.3 MPa）三组应变率实验，每组实验参数下进行三组重复实验。

1.3 扫描电镜观察

使用SU5000扫描电子显微镜（SEM）进行冲击后实验件侧面断裂情况观察，对损伤特性进行研究；因碳纤维复合材料导电性弱，观测前在断裂表面通过真空蒸发沉积金薄膜。

2 实验结果

2.1 冲击压缩实验波形

图5为通过SHPB实验装置获取的压缩实验原始波形图，透射波（transmitted wave）波形峰值大小反映材料断裂应力数值大小，峰值越高应力越大；不同于金属等材料仅有一个反射波波峰，本次所有实验件压缩实验获取的反射波均有两个波峰。

图6（a）为入射波、透射波、反射波随时间变化关系图。由图可见，当反射波到达第一段波谷时，透射波出现峰值，之后入射波和反射波趋于平稳，透射波应变值下降并趋近于0，入射波和反射波应变之与和与反射波应变基本一致，实验件达到动态平衡状态。图6（b）为获取的应力-应变和应变率-应变关系图。由图可见，当应变率到达第一段波谷时实验件达到峰值应力，并急速衰减呈现脆性断裂特征，之后应变率再次升高，说明影响应变率波形的原因可能是由材料脆性或韧性决定的。

2.2 温度对材料性能的影响

图7~8分别为SHPB压缩实验获取的材料经向、纬向典型压缩应力-应变曲线图。应力-应变曲线表现出两类特征，第一类是压缩应力达到峰值后有一定的弹塑性变形阶段，这类特征出现在850、1100 s^-1下纤维经向和850、1250 s^-1下纤维纬向在55 ℃和75 ℃时，1250 s^-1下纤维经向在25、50、75 ℃时，1100 s^-1下纤维纬向在0、55、75 ℃这些参数条件；另外一类特征是压缩应力达到峰值后迅速下降，这类特征出现在850、1100 s^-1下纤维经向和850、1250 s^-1下纤维纬向在-55、-25、0、25 ℃时，1250 s^-1下纤维经向在-55、-25、0 ℃时，1100 s^-1下纤维纬向在-55、-25、25 ℃这些参数条件。

综上，Q/2AJ1011材料在850、1100、1250 s^-1三组应变率动态压缩冲击下，在相对较高温度（55、75 ℃）时经向和纬向压缩应力在达到峰值后出现弹塑性变形阶段，展现出一定的塑韧性特征；而在相对较低温度（-55、-25 ℃）时经向和纬向压缩应力在达到峰值后迅速下降，展现出脆性断裂特征。同时发现峰值应力即压缩极限强度随温度非单调变化。

图9~10分别为经向、纬向压缩强度-温度关系散点图。通过图9~10可以看出，Q/2AJ1011材料压缩强度具有明显的温度敏感性：在850、1100、1250 s^-1三组应变率下纤维经向压缩强度随温度的变化规律基本一致，1250 s^-1应变率时纬向压缩强度随温度的变化关系与经向压缩规律基本一致，均是以室温25 ℃为压缩强度峰值点，随着温度的下降到-25 ℃材料经向压缩强度下降，最低强度介于-25 ~0 ℃区间，压缩强度下降了23%，而当温度继续降温到-55 ℃，材料压缩强度较-25 ℃明显上升，而从室温开始，随着温度的上升材料的经向压缩强度持续下降，随着温度升高至75 ℃时强度下降了18%。但纤维纬向在850、1100 s^-1应变率下压缩强度随温度的变化规律明显不同于1250 s^-1应变率和经向压缩时的规律，850、1100 s^-1两组应变率下纬向压缩强度峰值点由25 ℃提高到50 ℃，强度最低值介于-25 ~0 ℃区间内。

同时由图7~10发现，经向压缩强度明显高于纬向压缩强度，不同参数下经向和纬向压缩强度相差约为12%~25%，这主要是因为材料经向组织点多于纬向组织点，可视作纤维排布更为密集，单位体积内纤维占比更高，因此经向强度优于纬向。

2.3 应变率对材料性能的影响

图11为不同温度、不同应变率下的材料经向、纬向压缩强度柱状图，压缩强度取每组试样结果平均值，误差棒表示实验件压缩强度的标准差。从图11可以看出，在-25 ℃和0 ℃时经向和纬向压缩强度呈现相同的规律，随应变率增加，压缩强度呈现先下降后上升的趋势；在50 ℃和75 ℃时，经向和纬向压缩强度呈现相同的规律，即随应变率增加，压缩强度持续下降；但在-55 ℃时，经向压缩强度随应变率增加呈现略微上升而后下降趋势，强度差值在2%~5%之间，即压缩强度受应变率影响下变化不大；而纬向压缩强度随应变率增加呈现先下降后上升的趋势。在25 ℃时，经向压缩强度随应变率增加呈现持续下降趋势；而纬向压缩强度在850 s^-1和1100 s^-1应变率下压缩强度基本一致，但当应变率升高到1250 s^-1时压缩强度显著增大。总体来看，经向和纬向压缩强度对应变率均不敏感，大部分情况在低温下随应变率提高压缩强度略有提升，但提升幅度不超过10%，在高温下随应变率提高强度略有下降，幅度不超过5%。

同时通过图11发现，相同实验参数下的多组实验件纤维经向压缩强度值波动较大，可能和实验件存在孔隙率或平行度不达标等情况造成的。为探究原因，对实验件大板进行超声波C扫描，发现并无超出规定的分层、孔隙等情况，因此压缩强度波动非孔隙率不达标造成。在实验件制造时规定的平行度公差为±0.08 mm，但因现有激光切割精度限制及复合材料切割难度大等问题，是有可能造成平行度超出理论规定范围的。为了校核平行度是否超出规定值，对实验件平行度进行了测量，发现约30%的实验件平行度公差为±0.1 mm，略超出理论范围，可能对实验结果有一定影响。实验时为保证实验精度，相同参数进行三组实验的目的是规避实验方法、环境、实验件本身等因素带来的影响。

2.4 损伤特性及强韧化机理

2.4.1 纤维经向动态压缩实验件损伤特性

图12~14分别为不同应变率、不同温度纤维经向压缩实验件损伤情况，图中红色实线代表剪切裂纹，红色虚线代表分层和屈曲，红色圈和红色方框代表脱粘/纤维断裂情况。

可以看出，相比于850 s^-1应变率时，1100 s^-1应变率时开裂情况、分层数量及纤维弯曲情况均明显增多，纤维断裂较严重，同时开始出现明显的剪切裂纹，剪切裂纹多呈V字形；随着应变率继续增大到1250 s^-1，纤维脱粘情况更为明显，剪切情况继续增多，开始出现45°斜向剪切，V字形和45°斜向并存。

同时通过图12~14比较发现，在相同应变率条件时，损伤情况受温度变化影响主要为：-55 ℃时较低应变率即出现贯穿式裂纹，且以贯穿式集中分层裂纹为主，其他裂纹较少，几乎无脱粘情况，分层区域纤维断裂明显，无纤维弯曲；-25 ℃时与-55 ℃类似，除上述损伤特征外，出现少量脱粘，且分层位置发生明显的纤维弯曲和扭曲现象，脆性断裂特征明显；0 ℃时裂纹数量相较于-55 ℃和-25 ℃明显增多，有少量脱粘现象，数量和-25 ℃近似，分层区域有纤维弯曲，脆性断裂特征明显；25 ℃时最大应变率才出现贯穿式裂纹，裂纹数量和0 ℃相近，脱粘情况增多，基本无纤维弯曲，纤维断裂较少；而温度升高到50 ℃和75 ℃时损伤特征相近，裂纹数量明显增多，实验件上裂纹分布均匀，最大应变率时才出现贯穿式裂纹，脱粘情况最为明显，极少量纤维断裂，出现塑性断裂特征。综合以上分析，损伤特性与温度关系为：在低温下裂纹数量较少多为贯穿式集中分层裂纹，纤维断裂明显，脱粘较少，明显的脆断特征；而随着温度的增加裂纹数量增加，纤维断裂情况减少，实验件贯穿断裂情况减少，裂纹呈现均匀分布，脱粘情况逐渐增加，呈现出部分弹塑性变形特征；在-25 ℃、0 ℃和25 ℃（此温度时仅限纬向）时分层位置有明显的纤维弯曲扭折现象。

2.4.2 纤维纬向动态压缩实验件损伤特性

纬向1250 s^-1应变率下损伤情况分布和经向基本一致，纬向850 s^-1应变率下和1100 s^-1应变率下实验件断裂情况和经向实验件-55、-25、0、50 ℃和75 ℃基本相同，损伤特性整体表现为：随着应变率的增加纤维脱粘、纤维断裂、分层及裂纹数量显著增多；较低应变率几乎无剪切断裂，而随着应变率增加出现V字形剪切，当应变率继续增大开始出现45°斜向剪切情况。但在室温25 ℃时纬向相比经向展现出不同的损伤特性，如图15所示，纬向实验件出现了明显的纤维弯曲现象，纤维弯曲表明增强体“软化”进而引起材料强度下降，这可能是导致纤维纬向850 s^-1和1100 s^-1应变率下峰值应力对应温度由25 ℃提高到50 ℃的原因（见图10（a），（b））。

2.4.3 复合材料强韧化机理

本研究温度范围为-55~75 ℃，据Q/2AJ1011复合材料标准已知其玻璃化转变温度T_g为-15~-5 ℃在液氮制冷低温实验中随着温度从室温25 ℃降低到0 ℃，因低温制冷温度误差较大，此时实际温度为（0±5） ℃，恰好接近或处于玻璃化转变温度T_g，环氧树脂开始由高弹态向玻璃态转变发生部分玻璃化，此时材料性能处于最不稳定阶段，塑性降低而脆性增强，压缩强度下降。而在（-25±5） ℃时，材料刚刚完成全部玻璃化转变呈现玻璃态，压缩强度与（0±5） ℃时相差不大，即-25~0 ℃为压缩强度最低区间，与图9~10的结果吻合。同时通过扫描电镜微观图像发现仅在0 ℃和-25 ℃时发生明显的纤维屈曲现象，说明玻璃化转变温度区间环氧树脂基碳纤维复合材料会发生纤维屈曲，这可能是导致压缩强度下降的原因；同时根据研究报道^［23-25］，环氧树脂与纤维的热膨胀系数不同，低温树脂收缩率远大于纤维，因此随着温度继续降低到-55 ℃时纤维与树脂结合力增强从而形成强界面使压缩强度显著提升。

根据Talreja等^［26］研究结果，当纤维和基体界面结合力弱时，材料强度减弱韧性增强，纤维和基体之间的界面更容易发生脱粘，呈现一定韧性特征；而当纤维和基体界面结合力强时，材料强度提高脆性增强，纤维和基体不容易发生脱粘，呈现显著脆性；而分层、剪切、纤维断裂等是导致力学性能迅速下降和实验件产生根本性破坏的原因。结合扫描电镜结果（图12~14）发现，低温时裂纹数量较少，多为贯穿式集中分层裂纹，纤维断裂明显，脱粘较少，表明在低温下界面结合力增加，材料脆性增强，因此低温展现出脆性断裂特征（见图7~8），容易产生应力集中造成贯穿分层和纤维断裂引起强度迅速衰减；同时在室温及以上温度，裂纹数量随温度增加，裂纹均匀分布，纤维断裂及贯穿式裂纹情况少，脱粘逐渐增加，表明较高温度下界面结合力减弱^［11］，材料韧性增强，因此温度升高到50 ℃和75 ℃后材料出现明显的弹塑性两阶段变形特征，有屈服过程，强度下降；导致纤维与树脂结合力减弱的原因是高温下环氧树脂软化。

3 结论

（1）缎纹碳纤维织物树脂基复合材料（Q/2AJ1011）在低温下呈现脆性断裂特征，而随着温度的升高出现弹塑性变形特征；同时在所有温度、应变率下均发现纤维经向压缩强度明显高于纬向，不同参数环境下经向和纬向压缩强度相差约在12%~25%之间。

（2）Q/2AJ1011材料压缩强度具有明显的温度敏感性，纤维经向不同应变率下和纤维纬向在高应变率1250 s^-1时断裂强度受温度变化影响基本一致：以室温25 ℃为压缩强度峰值点，随温度的升高压缩强度下降，随温度升高至75 ℃时强度下降了18%；-25~0 ℃为材料强度最低范围区间，压缩强度下降了23%；随着温度进一步下降到-55 ℃压缩强度较-25 ℃显著提升；但纤维纬向特殊，在较低应变率850 s^-1和1100 s^-1时温度50 ℃为压缩强度峰值点。

（3）纤维经向和纬向压缩强度对应变率均不敏感，大部分情况在低温下随应变率提高压缩强度略有提升，提升幅度不超过10%，在高温下随应变率提高强度略有下降，幅度不超过5%。

（4）在冲击压缩下损伤特性为随着应变率的增加纤维脱粘、纤维断裂、分层及裂纹数量显著增多；较低应变率几乎无剪切断裂，而随着应变率增加出现V字形剪切，当应变率继续增大开始出现45°斜向剪切情况；损伤与温度关系为，在低温下裂纹数量较少多为贯穿式集中分层裂纹，纤维断裂明显，脱粘较少，明显的脆断特征；而随着温度的增加裂纹数量增加，纤维断裂情况减少，实验件贯穿断裂情况减少，裂纹呈现均匀分布，脱粘情况逐渐增加，呈现出部分弹塑性变形特征；在-25、0 ℃和25 ℃（此温度时仅限纬向）时分层位置有明显的纤维弯曲扭折现象。

参考文献

[1] CHEN Y， YAO J， XU M K，et al ．Electrically conductive and flame retardant graphene/brominated polystyrene/maleic anhydride grafted high density polyethylene nanocomposites with satisfactory mechanical properties ［J］．Chinese Journal of Polymer Science，2019，37（5）：509-517．

[2] 顾善群，张代军，付善龙，等 ．碳纤维/双马树脂复合材料抗高速冲击性能［J］．材料工程，2021，49（11）：73-82．

[3] GU S Q， ZHANG D J， FU S L，et al ．Anti-high speed impact properties of carbon fiber/bismalemide resin composites［J］．Journal of Materials Engineering，2021，49（11）：73-82．

[4] 程健男，徐福泉，张体磊 ．树脂基复合材料在直升机的应用及其制造技术［J］ ．航空科学技术，2021，32（1）：109-114．

[5] CHENG J N， XU F Q， ZHANG T L ．Application and manufacturing technology of composites in helicopter［J］．Aeronautical Science & Technology，2021，32（1）：109-114．

[6] CHENG Z， ZHANG LJ， JIANG C ．Aramid fiber with excellent interfacial properties suitable for resin composite in a wide polarity range［J］．Chemical Engineering Journal，2018，347：483-492．

[7] LIU J， LI Y L， YU X C，et al ．Design of aircraft structures against threat of bird strikes［J］．Chinese J Aeronaut，2018，31（7）：1535-1558．

[8] 贾建东 ．飞机典型结构抗鸟撞设计与分析［D］．南京：南京航空航天大学，2010．

[9] JIA J D ．Bird impact resistance designing and analyzing for aircraft typical structures［D］．Nanjing：Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，2010．

[10] 刘小川，王彬文，白春玉，等 ．航空结构冲击动力学技术的发展与展望［J］．航空科学技术，2020，31（3）：1-14．

[11] LIU X C， WANG B W， BAI C Y，et al ．Progress and prospect of aviation structure impact dynamics［J］．Aeronautical Science & Technology，2020，31（3）：1-14．

[12] KENJI N， TSUBASA F， TAKASHI Y，et al ．High strain-rate compressive properties of carbon/epoxy laminated composites effects of loading direction and temperature［J］．EPJ Web Conferences，2018，183：02011．

[13] HU X Y， GUO W G， WANG J J， YUAN K B ．Damage growth-based constitutive model of satin weave composites under different temperatures and strain rates［J］．Journal of Applied Polymer Science，2019，36（21） ：47575．

[14] HU X Y， GUO H， GUO W G，et al ．Experimental investigation and modeling of dynamic thermomechanical behavior of 4-harness satin weave carbon/epoxy composites［J］．Journal of Thermoplastic Composite Material，2018，31（9）：1181-1203．

[15] 张君秋，孙忠宝，张威 ．温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料压缩性能的影响［J］．东华大学学报（自然科学版），2016，42（5）：636-640．

[16] ZHANG J Q， SUN Z B， ZHANG W ．Effect of temperature and strain rate on the compression behaviors of carbon/epoxy plain woven laminated composites［J］．Journal of Donghua University（Natural Science），2016，42（5）：636-640．

[17] ARAUJO G P， DONDON M V， SALERNO G，et al ．Temperature effects on the mechanical behaviour of PAEK thermoplastic composites subjected to high strain rates under compression loading［J］．Composite Structures，2021，261：113299．

[18] REIS V L， OPELTC V， CANDIDO G M，et al ．Effect of fiber orientation on the compressive response of plain weave carbon fiber/epoxy composites submitted to high strain rates［J］．Composite Structures，2018，203：952-959．

[19] HAO C， THOMSON D， PELLEGRINO A，et al ．Effect of strain rate and fibre rotation on the in-plane shear response of ±45° laminates in tension and compression tests［J］．Composites Science and Technology，2016，135：106-115．

[20] 潘月秀，鲍佳伟，王凡文，等 ．国产T800炭纤维/环氧树脂单向复合材料动态压缩性能［J］．新型炭材料，2020，35（6）：785-792．

[21] PAN Y X， BAO J W， WANG F W，et al ．Dynamic compressive properties of unidirectional composites made of TG800 carbon fiber and epoxy resin［J］．New Carbon Materials，2020，35（6）：785-792．

[22] 解江，高斌元，甄婷婷，等 ．爆炸载荷下机织物的动态响应与失效行为［J］．复合材料学报，2022，39（10）：4949-4960．

[23] JIE J， GAO B Y， ZHEN T T，et al ．Dynamic response and failure behaviors of woven fabrics under blast load［J］．Acta Materiae Compositae Sinica，2022，39（10）：4949-4960．

[24] 王礼立 ．应力波基础［M］．北京：国防工业出版社，2005．

[25] WANG L L ．Stress wave foundation［M］．Beijing： National Defense Industry Press，2005．

[26] HOPKINSON B ．A method of measuring the pressure produced in the detonation of high explosives or by the impact of bullets［J］． Phil Trans R Soc Lond，1914，A213：437-456．

[27] HOPKINSON B ．The effects of momentary stresses in metals［J］．Proc R Soc，1905，A74：498-506．

[28] 陈为农，宋博，姜锡权，等 ．分离式霍普金森（考尔斯基）杆设计、试验和应用［M］．北京：国防工业出版社，2018．

[29] CHEN W N， SONG B， JIANG X Q，et al ．Design， testing，and application of separated Hopkinson （Kausky） rods［M］．Beijing： National Defense Industry Press，2018．

[30] WU X， IANG F C， WANG Z Q，et al ．Mechanical behavior and microstructural evolution of a bainite-based quenching-partitioning （BQ&P） steel under high strain rates［J］．Materials Science and Engineering：A，2021，818：141550．

[31] FAN X L， SUO T， SUN Q，et al ．Dynamic mechanical behavior of 6061 Al alloy at elevated temperatures and different strain rates［J］．Acta Mech Solida Sin，2013，26（2）：111-120．

[32] 罗健，石建军，贾彬， 等 ．低温暴露对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸力学性能的影响［J］．复合材料学报，2020，37 （12）：3091-3101．

[33] LUO J， SHI J J， JIA B，et al ．Effect of low temperature exposure on tensile mechanical properties of carbon fiber/epoxy composites［J］．Acta Materiae Compositae Sinica，2020，37 （12） ：3091-3101．

[34] 杨康，丁文喜，梁宇，等 ．环境温度对碳纤维复合材料层合板力学性能的影响［J］．科学技术与工程，2021，21（22）：9286-9291．

[35] YANG K， DING W X， LIANG Y，et al ．Influence of environmental temperature on mechanical properties of carbon fiber composite laminates［J］．Science Technology and Engineering，2021，21（22）：9286-9291．

[36] 刘新，武湛君，何辉永，等 ．单向碳纤维增强树脂基复合材料的超低温力学性能［J］．复合材料学报，2017，34（11）：2437-2445．

[37] LIU X， WU Z J， HE H Y，et al ．Cryogenic mechanical properties of unidirectional carbon fiber reinforced epoxy composite［J］．Acta Materiae Compositae Sinica，2017，34（11）：2437-2445．

[38] TALREJA R， SINGH C V.Damage and failure of composite materials［M］.Beijing： National Defense Industry Press，2021．

基金资助

黑龙江省优秀青年基金项目(YQ2022E010)

黑龙江省博士后科研启动基金项目(3236330044)

中央高校基本业务费项目(3072024LJ1005)