《COMPOSITE STRUCTURES》：Assessing curvature and strain-rate effects on the energy absorption of carbon and flax fibre-reinforced polymer composites
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研究人员对复合材料压溃性能进行了实验表征，评估了曲率（curvature）与应变率（strain-rate）效应。新型测试夹具（test fixture）在动态比能量吸收（SEA）表征方面带来显著改进。所测试的碳纤维增强聚合物（CFRP）、亚麻纤维增强聚合物（
研究人员对复合材料压溃性能进行了实验表征，评估了曲率（curvature）与应变率（strain-rate）效应。新型测试夹具（test fixture）在动态比能量吸收（SEA）表征方面带来显著改进。所测试的碳纤维增强聚合物（CFRP）、亚麻纤维增强聚合物（FFRP）及混杂复合材料（hybrid composites）的SEA均同时具有曲率依赖性与应变率依赖性。在低曲率半径（RoC）值下曲率依赖呈连续变化，应变率依赖也表现出非离散趋势。对于所测试混杂层合板，其SEA为两种基体材料各自SEA的线性平均。
研究背景方面，汽车与航空航天行业中的被动吸能安全结构正从传统金属设计转向薄壁复合材料设计，因为纤维增强聚合物具有更高的比能量吸收（Specific Energy Absorption，SEA）以及更复杂几何形状的可制造性。玻璃纤维增强聚合物（GFRP）与碳纤维增强聚合物（CFRP）已成为钢和铝的可行替代材料，其中CFRP用于高性能场景。可持续交通发展推动了天然纤维复合材料（NFC）研究，亚麻纤维增强聚合物（FFRP）因成本和隐含能耗低而受关注，但其刚度、强度和断裂韧性比CFRP低约50%至90%。文献尚未明确这些基础性能缺陷是否会按比例转化为SEA下降。现有SEA表征常用非标准化平板或曲面试件：平板试件需专用夹具防止屈曲和不对称压溃，自由边会诱发不具代表性的失效；正弦曲面试件存在曲率反转，四分之一或半圆管段仍有自由边问题；闭口管件更稳定且代表大结构行为，但动态加载下力信号振荡、夹持不当和系统阻尼不足会造成伪差，制造中还可能出现皱褶缺陷。复合材料压溃分为splaying与fragmentation模式，splaying通常SEA更高，受压溃模式影响的SEA还具有应变率敏感性，但文献结果矛盾。工业级碰撞仿真中以离散、主观方式赋予曲率与速率相关的压溃应力（Crush Stress，CS）参数，不能连续描述几何与速率效应。因此，《COMPOSITE STRUCTURES》发表的该文旨在建立解耦并量化曲率半径（Radius of Curvature，RoC）与应变率对复合材料能量吸收影响的系统实验框架。
研究人员开展的研究包括：选用IM7-E745五枚缎纹（5-Harness-Satin，5HS）编织CFRP、APX300T-IMP503ZHT 2×2斜纹（2T）编织FFRP，以及碳纤在外、亚麻在内的50—50层数混杂层合板；通过不同RoC管件在准静态（QS）与动态（DYN）工况下压溃，开发新型动态管件压溃夹具以降低振荡伪差，获得一致数据集，并比较CFRP、FFRP与混杂层合板性能。
关键技术方法上，研究人员采用闭口管状试件而非平板或非自支撑开口件，以避免屈曲与自由边效应；开发新型动态管状压溃夹具，抑制夹持与阻尼不足导致的力信号振荡；系统改变管件RoC并覆盖QS与DYN加载，解耦几何曲率与应变率因素；以8层准各向同性CFRP、8层平衡交叉铺层FFRP、外碳内麻混杂铺层作对照，用体积加权平均估算混杂密度与理论基准。
研究结果中，引言部分指出splaying模式更利吸能，曲率可抑制分层扩展，工业模型却用离散CS参数处理连续几何与速率效应。材料、管状几何与制造部分说明CFRP用[+45/0/-45/90]2S类准各向同性铺层，FFRP用[0]8平衡交叉铺层，Hybrid用[+45/0/0/0]S且CFRP在外；名义厚度分别为2.4 mm、约3.2 mm与中间值，密度由厂家数据表和体积加权获得。研究人员由此确定材料与铺层选择可让混杂板含与两种基材相同的子层合板，便于直接比较。
讨论部分显示，平板、开口曲面与闭口管件各有实验局限；动态管件测试中的噪声多来自夹持与阻尼不足，而非材料本身。曲率对splaying主导材料影响明显，对fragmentation材料较弱；应变率效应受基体剪切塑性、层间断裂韧性和摩擦耗散等矩阵主导性质影响，纤维主导性质较不敏感。工业中把非平面几何统归同一SEA、以1—2 m/s阈值切换QS与DYN参数的做法过于简化。
结论部分译为：本研究系统解耦并量化了RoC与应变率对CFRP、FFRP及碳—麻混杂复合材料能量吸收的影响；所开发新型动态管状压溃夹具降低了动态SEA表征中的实验伪差；结果表明SEA随RoC与应变率连续变化，而非工业模型假设的离散跃变；测试的混杂层合板SEA近似为CFRP与FFRP的线性平均；将刚性碳纤外层置于外侧、亚麻内层的核心结构可在大幅减重与可持续性收益下缓解FFRP吸能不足；该研究为面向连续曲率与应变率依赖的碰撞仿真模型提供了数据基础。
