在防彈材料領域（yù），複合材料（liào）層合結構因（yīn）兼具（jù）輕質（zhì）與高強特性（xìng）成為核心防護材料，但其衝擊過程（chéng）中的能量耗散機製（zhì）與動態破壞模式（shì）仍（réng）存在認知盲區。本文基於衝擊試驗箱技術，結合（hé）高速攝影與數字圖像相關法（DIC），對碳纖維/環氧（yǎng）樹脂層合板的抗衝擊行為進行可視化研究，揭示其能量耗散與失效演化的內在規律。

 

　　實驗設計

 

　　衝（chōng）擊模擬（nǐ）：利用（yòng）衝擊試驗箱施加半正弦脈衝載荷（峰值力80kN，衝擊速度12m/s），模擬子彈或破片的高（gāo）速撞擊場景。

 

　　多（duō）維度監測：

 

　　高速攝影（20萬fps）捕捉層合板表麵裂紋萌生、擴展及分層（céng）動態；

 

　　紅外（wài）熱成像儀同步記錄（lù）衝擊區域的溫度瞬變，反映局部能量耗散；

 

　　壓電傳感器采集衝（chōng）擊力（lì）-位移曲線，計算能量吸（xī）收率。

 

　　破壞分析：通過顯微CT掃描破壞後的層合板（bǎn），解（jiě）析纖維斷裂、基（jī）體開裂與層間分（fèn）層的三（sān）維分布。

 

　　動態破壞過程可（kě）視化

 

　　階段一（0-0.3ms）：衝擊試驗箱衝擊點（diǎn）局部壓潰，基體（tǐ）發生塑（sù）性變形並伴隨微裂紋（wén）萌生（shēng），能量以熱能形式耗散（sàn）（紅外熱成像顯示局部升溫15-20℃）；

 

　　階段二（0.3-1.5ms）：裂紋沿纖維方向擴展（zhǎn），層間（jiān）分（fèn）層呈“花瓣狀”撕裂，能量耗散效率達峰值（約70%），高速攝影顯示分層擴展速度超200m/s；

 

　　階段三（1.5-3ms）：纖維斷（duàn）裂引發結構整體回彈，殘餘能量以彈性波形式釋（shì）放，終形成“錐形”破壞區，破壞深度達層合板厚度的（de）60%。

 

　　能量耗散（sàn）機製

 

　　基體剪切（qiē）耗能：衝擊初期基體塑性變形吸收約（yuē）35%能量，但易導（dǎo）致局部溫度升高引發材料軟化；

 

　　分層擴展主導：層間界麵（miàn）開裂貢（gòng）獻40%能量耗（hào）散，分層路徑受纖維鋪（pù）層角度顯（xiǎn）著影響；

 

　　纖（xiān）維斷裂滯（zhì）後：纖維斷裂僅（jǐn）消耗15%能量，但決定結構穿透閾值與殘餘強度。

 

　　衝擊（jī）試驗箱內（nèi）的（de）精準打擊與多維度（dù）可視化技術，將複合材料層合板那轉瞬即逝的毀滅性遭遇，解（jiě）構為一場清晰而深刻的能量博弈紀錄片。