玻璃-玄武岩混杂层合板的低速冲击行为研究：铺层顺序与能量水平的协同效应

【编辑推荐】为开发轻量化抗冲击工程材料，研究人员通过手工铺层制备纯玻璃/玄武岩及三种混杂层合板，在20?J、40?J、80?J三个能量级开展低速冲击实验。发现玄武岩层合板刚度最高，玻璃层合板吸能最优，而外层为玻璃的混杂构型展现出跨能量级的稳定性能，为定制化抗冲击结构设计提供新思路。

　　

这项实验研究深入探究了玻璃(Glass)-玄武岩(Basalt)混杂纤维增强层合板在低速冲击(Low-Velocity Impact, LVI)下的力学响应。通过手工铺层(Hand Lay-up)工艺制备了五种构型：纯玻璃(G)、纯玄武岩(B)以及三种混杂铺层序列（G/B交替排列变体），并在20?J、40?J、80?J三种冲击能量下进行测试。

数据分析揭示：玄武岩层合板展现出最高刚度（Stiffness）和抗冲击性，其峰值冲击力比玻璃层合板高18.7%；而玻璃层合板则表现出卓越的能量吸收(Energy Absorption)能力，损伤面积减少23.5%。特别值得注意的是，当混杂层合板采用"玻璃-玄武岩-玻璃"(G/B/G)的"三明治结构"时，其性能最为均衡——在80?J高能量冲击下仍能保持85%的初始刚度，同时损伤直径控制在35?mm以内。

通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现，玄武岩纤维的断裂模式呈现典型的脆性断裂特征，而玻璃纤维则通过纤维拔脱(Fiber Pull-out)机制吸收更多能量。统计验证表明，铺层序列(Ply Sequence)和冲击能量(Impact Energy)两个变量对损伤行为的交互作用具有显著性(p<0.05)。这项研究为航空航天防护装甲(Armor Panel)和新能源汽车吸能构件(Energy-absorbing Components)的定制化设计提供了重要实验依据。