摘要
天然玄武岩纤维作为一种有前景的可持续增强材料，已被用于混合层压板中；然而，关于玄武岩/碳/玻璃混合层压板在准静态压痕（QSI）、夏比冲击试验性能以及损伤演变之间的关系，目前仍了解不足。在本研究中，通过真空灌注工艺制备了九层整体和混合层压板，并对其进行了准静态压痕和夏比冲击试验。通过力-位移响应、峰值压痕载荷（Pmax）、吸收能量（Eabs）、特定能量吸收率（SEA）、光学损伤形态以及统计分析（单因素方差分析及Tukey's HSD）来评估其机械性能。结果表明，表层材料决定了初始刚度、抗压痕能力和损伤起始过程，而芯层材料则控制了峰值后的变形和能量耗散。碳纤维层压板虽然具有最高的峰值压痕载荷，但因其局部脆性损伤而失效；相比之下，玄武岩纤维层压板表现出渐进性损伤，表现为层间脱层和纤维拔出，从而具有更好的能量吸收能力和结构效率。在所研究的配置中，H2-CBC组合展现了最平衡的准静态机械性能，而H3-BGB组合则具有最高的吸收能量（16.19 ± 0.93 J）、特定能量吸收率（516.85 ± 9.77 J kg?1）以及优异的边缘方向夏比冲击性能。统计分析证实层压板配置对所有机械响应有显著影响（p < 0.001）。机械行为、统计验证结果和光学损伤形态之间的高度一致性表明，纤维的混合使用控制了机械响应和损伤演变过程。这些发现建立了准静态压痕、夏比冲击性能与损伤演变之间的直接关联，为航空航天、汽车和防护工程领域中的轻量化、耐损伤混合结构设计提供了指导。
亮点
- 混合纤维堆叠方式平衡了刚度、耐损伤性和能量吸收能力。
- 玄武岩纤维抑制了脆性断裂，并促进了渐进性损伤的发展。
- 碳纤维丰富的层压板具有较高的刚度，但增加了损伤的局部化。
- 玻璃纤维丰富的层压板增强了基体的变形能力和冲击能量耗散。
- 准静态压痕下的损伤演变与夏比冲击性能之间存在强相关性。
利益冲突
作者声明不存在任何利益冲突。
数据可用性声明
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