三維五向編織復(fù)合材料的沖擊壓縮特性及破壞機(jī)制

崔 燦, 茅獻(xiàn)彪

（1.江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院, 江蘇 南通 226006；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 力學(xué)與土木工程學(xué)院, 江蘇 徐州 221116；3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 徐州 221116）

三維編織復(fù)合材料是由多向紗線相互交織形成的整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有高度的整體性，不僅具有高比剛、高比強(qiáng)以及良好的抗腐蝕和抗疲勞能力，還在沖擊載荷作用下具有較高的沖擊損傷容限[1-2]，逐漸成為目前工程應(yīng)用的主要承力部件。

近年來(lái)針對(duì)三維編織復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究主要包括沖擊壓縮和拉伸、沖擊剪切、低速?zèng)_擊以及彈道侵徹實(shí)驗(yàn)等[3-5]。研究表明高應(yīng)變率下三維編織復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能與準(zhǔn)靜態(tài)加載條件下的力學(xué)性能存在較大差異，且由于材料本身的各向異性特征以及其編織結(jié)構(gòu)的特殊性，導(dǎo)致三維編織復(fù)合材料具有顯著的應(yīng)變率效應(yīng)和編織角效應(yīng)。

目前，分離式霍普金森壓桿（split Hopkinson pressure bar, SHPB）實(shí)驗(yàn)技術(shù)已作為一種標(biāo)準(zhǔn)方法被廣泛應(yīng)用于應(yīng)變率在101～103 s-1范圍內(nèi)的材料動(dòng)態(tài)力學(xué)特性測(cè)試。Tang 等[6]對(duì)三維碳/環(huán)氧和三維玻璃/環(huán)氧編織復(fù)合材料分別進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)和爆炸沖擊加載實(shí)驗(yàn)，確定編織參數(shù)對(duì)材料力學(xué)性能具有顯著影響。Sun 等[7]和Gu 等[8]利用分離式霍普金森壓桿（SHPB）技術(shù)對(duì)三維編織復(fù)合材料進(jìn)行面外和面內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，分析材料力學(xué)性能變化規(guī)律，并對(duì)其破壞模式以及能量吸收機(jī)制進(jìn)行研究，表明三維編織復(fù)合材料在面內(nèi)和面外的壓縮力學(xué)性能具有很大差異，均表現(xiàn)出應(yīng)變率敏感性，且面內(nèi)壓縮具有更高的應(yīng)變率敏感性。譚柱華等[9]利用三維編織復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)橫向壓縮實(shí)驗(yàn)研究得到了材料的壓縮強(qiáng)度和模型與應(yīng)變率的變化關(guān)系。Li 等[10-12]利用SHPB 技術(shù)測(cè)試500～1500 s-1的高應(yīng)變率下材料的橫向壓縮性能，并利用掃描電鏡（SEM）觀察其微觀斷口形貌，結(jié)果表明，應(yīng)變-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出明顯的非線性特征和軟化現(xiàn)象，材料具有應(yīng)變率敏感性，隨著應(yīng)變率的增加，其損傷和失效模式逐漸變化。Wan 等[13]對(duì)纖維（玄武巖纖維）/基體（乙烯基酯樹脂）的編織復(fù)合材料進(jìn)行沖擊加載實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究。Li 等[14]研究高應(yīng)變率下三維編織復(fù)合材料的沖擊剪切性能，并結(jié)合全尺寸有限元模擬和CT 斷層掃描技術(shù)對(duì)高應(yīng)變率下材料的沖擊剪切響應(yīng)和漸進(jìn)破壞規(guī)律進(jìn)行詳細(xì)系統(tǒng)的研究。Pan 等[15]利用高速成像系統(tǒng)對(duì)在沖擊載荷作用下三維編織，雙軸經(jīng)編和角互鎖機(jī)織復(fù)合材料的漸進(jìn)破壞進(jìn)行研究。Huang 等[16-17]研究編織角和承載方向?qū)θS四向編織碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料動(dòng)態(tài)壓縮性能的影響，并結(jié)合高速攝影記錄的動(dòng)態(tài)壓縮過(guò)程進(jìn)行分析，結(jié)果表明，應(yīng)變率、壓縮方向及編織角是影響材料的動(dòng)態(tài)壓縮性能的重要因素，不同編織角以及不同加載方向上材料的失效形式各有不同。此外，還有一些研究者也從溫度、振動(dòng)、疲勞等角度[18-25]分別對(duì)三維編織復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)試件或者異形構(gòu)件進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究。綜上所述，雖然目前的研究指出應(yīng)變率、編織角和加載方向?qū)θS編織復(fù)合材料的力學(xué)性能有重要影響，但是極少綜合考慮不同應(yīng)變率下材料在高速?zèng)_擊中的漸進(jìn)破壞過(guò)程以及破壞后的失效形式，而且由于目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有統(tǒng)一的針對(duì)三維編織復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)參考文獻(xiàn)間的試樣尺寸各不相同，使得相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)法相互間進(jìn)行比較分析。

本研究利用SHPB 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和高速攝像技術(shù)對(duì)三維五向碳/環(huán)氧編織復(fù)合材料進(jìn)行沖擊壓縮實(shí)驗(yàn)，分別沿縱向和橫向壓縮方向分析應(yīng)變率對(duì)其在高速變形下的漸進(jìn)破壞規(guī)律進(jìn)行分析，并綜合試樣的宏觀破壞特征和微觀斷口形貌等兩方面對(duì)材料的破壞模式及破壞機(jī)理進(jìn)行研究，為提高三維編織復(fù)合材料抗沖擊性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料為三維五向碳/環(huán)氧編織復(fù)合材料，由天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究所研制，如圖1 所示，采用1×1 四步法編織工藝，增強(qiáng)纖維為T300-6K 碳纖維，基體材料為TDE-86#環(huán)氧樹脂，纖維體積分?jǐn)?shù)保持在51.1%～52.0%之間。由于本研究主要針對(duì)不同應(yīng)變率下材料在高速變形中的漸進(jìn)破壞規(guī)律，故控制編織角效應(yīng)對(duì)材料力學(xué)性能的影響，本研究選擇編織角22.3°的三維五向碳/環(huán)氧編織復(fù)合材料作為研究對(duì)象。三維五向編織復(fù)合材料即在三維四步法編織工藝基礎(chǔ)上，在縱向方向添加軸向不動(dòng)紗線編織，定義材料的編織方向（沿Z軸）為縱向方向，XY方向?yàn)闄M向方向。如圖2 所示，材料尺寸為360 mm×10 mm×10 mm 的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，參考Sun 等[7]和Gu 等[78]、譚柱華等[9]、Pan 等[15]、Li 等[10-12]的研究，將實(shí)驗(yàn)材料切割成尺寸大小約為10 mm×10 mm×10 mm 的立方體，確保試樣內(nèi)至少包含一個(gè)完整的編織循環(huán)結(jié)構(gòu)（即一個(gè)花節(jié)長(zhǎng)度）。

圖1 三維五向編織工藝示意圖Fig. 1 Braiding process diagram of 3D five-directional braided composites

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本研究中動(dòng)態(tài)沖擊壓縮實(shí)驗(yàn)采用的是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)國(guó)家深部巖土重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的分離式霍普金森壓力桿(SHPB)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。圖3 所示為分離式霍普金森壓桿（SHPB）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。SHPB 實(shí)驗(yàn)原理[26-28]的本質(zhì)即為應(yīng)力波在入射桿、透射桿以及試樣間發(fā)生多次反射和透射，并利用兩桿接收到的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)三波法數(shù)據(jù)處理間接地獲得試樣的應(yīng)力、應(yīng)變以及應(yīng)變率隨時(shí)間的變化。

圖3 分離式霍普金森壓桿（SHPB）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) （a）SHPB 實(shí)驗(yàn)設(shè)備；（b）高速攝像；（c）SHPB 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig. 3 Separated Hopkinson pressure bar test system （a）SHPB test equipment；（b）high speed photography；（c） schematic diagram of SHPB test device

通過(guò)對(duì)入射應(yīng)變信號(hào) εI(t)、反射應(yīng)變信號(hào)εR(t)和 透射應(yīng)變信號(hào) εT(t)進(jìn)行測(cè)量，由超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。子彈速度則由平行光束-計(jì)時(shí)器組成的測(cè)速系統(tǒng)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的桿的長(zhǎng)度分別為400 mm、2500 mm、2000 mm、600 mm，桿直徑為50 mm。圖3(b)為高速攝像裝置。它被用來(lái)捕捉動(dòng)態(tài)圖像，以顯示復(fù)合材料的漸進(jìn)破壞過(guò)程。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)調(diào)試，確定高速攝像的分辨率為800×600，采樣頻率為11001fps。

此外，為獲得穩(wěn)定的應(yīng)變率，需要在SHPB 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中通過(guò)氣壓控制器調(diào)節(jié)氣壓實(shí)現(xiàn)；整個(gè)加載裝置的軸心需保持在同一水平高度；在透射桿后增加緩沖器，用以吸收透射脈沖，避免因?yàn)橹貜?fù)沖擊影響實(shí)驗(yàn)精度；而在入射桿的前端涂抹凡士林，黏貼一塊尺寸?10 mm×3 mm 的橡膠作為波形整形器，對(duì)入射波進(jìn)行整形，用以獲得光滑且無(wú)明顯振蕩現(xiàn)象的半正弦入射波形，從而保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

在實(shí)際的SHPB 實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)需要基于兩個(gè)基本假設(shè)為前提：（1）一維應(yīng)力波傳播假設(shè)；（2）試樣整體應(yīng)力/應(yīng)變均勻化假設(shè)。根據(jù)一維應(yīng)力波傳播假設(shè)，當(dāng)試樣應(yīng)力達(dá)到平衡時(shí)，有

2 不同應(yīng)變率下三維五向編織復(fù)合材料的壓縮特性

為研究應(yīng)變率對(duì)三維五向編織復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響，針對(duì)22.3°編織角的立方體試件分別沿縱向和橫向方向進(jìn)行沖擊壓縮實(shí)驗(yàn)。具體的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)置如下：（1）縱向沖擊壓縮實(shí)驗(yàn)，設(shè)定沖擊氣壓P分別為0.15 MPa，0.20 MPa，0.25 MPa，0.30 MPa，0.35 MPa，其中，0.15 MPa 沖擊氣壓是保證實(shí)驗(yàn)中試樣破壞的最低氣壓。（2）橫向沖擊壓縮實(shí)驗(yàn)，設(shè)定沖擊氣壓P分別為0.20 MPa，0.25 MPa，0.30 MPa，0.35 MPa，0.40 MPa。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，相同氣壓條件下進(jìn)行至少5 組實(shí)驗(yàn)以上，確保選取3 組以上合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為后續(xù)的研究與討論。

2.1 高應(yīng)變率下試樣的壓縮力學(xué)特性

（1）縱向沖擊壓縮實(shí)驗(yàn)中獲得的應(yīng)變率約在200～1000 s-1之間，不同應(yīng)變率 ε˙下試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖4 所示，表1 為試樣的縱向動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度縱向動(dòng)態(tài)壓縮模量、縱向峰值應(yīng)變和縱向殘余承載能力及其平均值隨應(yīng)變率ε˙的變化規(guī)律。

圖4 不同應(yīng)變率下試樣縱向壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig. 4 Longitudinal compression stress-strain curves of specimens under different strain rates

表1 縱向沖擊壓縮下試樣力學(xué)性能參數(shù)隨應(yīng)變率的變化規(guī)律Table 1 Variations of mechanical properties parameters under longitudinal compression

圖5 不同應(yīng)變率下試樣橫向壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig. 5 Transverse compression stress-strain curves of specimens under different strain rates

表2 橫向沖擊壓縮下試樣力學(xué)性能參數(shù)隨應(yīng)變率的變化規(guī)律Table 2 Variations of mechanical properties parameters under transverse compression

2.2 動(dòng)態(tài)壓縮下試樣的動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程

（1）縱向沖擊壓縮下試樣的動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程

圖6是應(yīng)變率379.82s-1和615.08s-1下試樣的高速攝像記錄的動(dòng)態(tài)壓縮過(guò)程以及對(duì)應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變特征曲線。由圖6 可知，試樣的漸進(jìn)破壞過(guò)程主要為裂紋的漸進(jìn)擴(kuò)展過(guò)程，試樣的破壞主要集中在BC 段和CD 段。隨著應(yīng)變率 ε˙的增加，試樣的CD 段曲線延長(zhǎng)，說(shuō)明試樣在峰后的破壞程度加劇，隨著應(yīng)變率的增加，試樣的延性有所增強(qiáng)。曲線主要可以分成三個(gè)階段：線彈性增長(zhǎng)階段（OB 段）、快速下降階段（急劇軟化，BC 段）和穩(wěn)定下降階段（近似平臺(tái)退化，CD 段）。試樣應(yīng)力近似呈線性增長(zhǎng)至峰值后開始迅速下降，表明試樣主要呈現(xiàn)為脆性破壞。

圖6 縱向壓縮下試樣動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程以及對(duì)應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變特征曲線 （a）379.82 s-1；（b）615.08 s-1Fig. 6 Progressive failure characteristics of specimens and the corresponding stress-stain curves under longitudinal compression （a）379.82 s-1；（b）615.08 s-1

在整個(gè)沖擊壓縮過(guò)程中，高速攝影圖像前2 張對(duì)應(yīng)曲線的OB 段，試樣表面基本保持完整，無(wú)明顯裂紋產(chǎn)生；第3 張圖像對(duì)應(yīng)曲線的BC 段，試樣表面呈現(xiàn)凹凸不平的網(wǎng)狀形態(tài)結(jié)構(gòu)，說(shuō)明裂紋在快速下降階段呈爆炸式迅速沿著編織結(jié)構(gòu)擴(kuò)展貫穿；第4 張和第5 張圖像對(duì)應(yīng)曲線的CD 段，試樣沿軸向完全破裂，纖維束發(fā)生斷裂，基體大量飛濺溢出，說(shuō)明裂紋在穩(wěn)定下降階段進(jìn)一步累積擴(kuò)展，試樣的破壞程度加劇。隨著應(yīng)變率 ε˙的增加，裂紋快速開裂越厲害，試樣破壞越嚴(yán)重。

（2）橫向沖擊壓縮下試樣的動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程

圖7是應(yīng)變率624.67s-1和819.94s-1下試樣的高速攝像記錄的動(dòng)態(tài)壓縮過(guò)程以及對(duì)應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變特征曲線。由圖7 可知，試樣的破壞主要集中在AB 段和BC 段。隨著應(yīng)變率 ε˙的增加，試樣的AB 段和BC 段曲線延長(zhǎng)，說(shuō)明試樣在屈服階段和峰后卸載階段的破壞程度加劇，試樣的延性增強(qiáng)。曲線主要可以分成三個(gè)階段：線彈性增長(zhǎng)階段（OA 段）、非線性增長(zhǎng)階段（AB 段）和快速下降階段（急劇軟化，BC 段）。試樣應(yīng)力首先近似以線性快速增長(zhǎng)，在進(jìn)入AB 段后，表現(xiàn)出明顯的非線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，應(yīng)力增長(zhǎng)速度減緩，曲線斜率逐漸下降，直到峰值后應(yīng)力快速下降，表明試樣主要呈現(xiàn)為脆性破壞。

圖7 橫向壓縮下試樣動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程以及對(duì)應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變特征曲線 （a）624.67 s-1；（b）819.94 s-1Fig. 7 Progressive failure characteristics of specimens and the corresponding stress-stain curves under transverse compression （a）624.67 s-1；（b）819.94 s-1

在整個(gè)沖擊壓縮過(guò)程中，高速攝影圖像前2 張對(duì)應(yīng)曲線的OA 段，試樣表面基本保持完整，試樣被壓實(shí)；第3 張圖像對(duì)應(yīng)曲線的AB 段，試樣表面主要存在一條貫穿整體的主裂紋，且沿加載方向呈一定角度，說(shuō)明試樣發(fā)生剪切破壞；第4 張和第5 張圖像對(duì)應(yīng)曲線的BC 段，試樣在主裂紋的基礎(chǔ)上，繼續(xù)產(chǎn)生新裂紋，并沿加載方向呈一定角度開裂，破碎試樣相互錯(cuò)位，試樣碎裂程度加劇。隨著應(yīng)變率 ε˙的增加，裂紋產(chǎn)生并擴(kuò)展得越多，試樣的碎裂程度越大。

3 高應(yīng)變率下三維五向編織復(fù)合材料的破壞機(jī)制

3.1 動(dòng)態(tài)壓縮下試樣的宏觀破壞機(jī)制

圖8 和圖9 分別是不同應(yīng)變率下試樣的縱向壓縮破壞特征及破碎形態(tài)特征示意圖。由圖8 可知，應(yīng)變率越高，試樣的破壞程度越大。在應(yīng)變率為214.47s-1時(shí)，少部分樹脂基體從試樣表面溢出，裂紋處出現(xiàn)纖維束與基體剝離現(xiàn)象；應(yīng)變率為379.82 s-1時(shí)，破碎形態(tài)近似呈矩形松散的纖維束交織結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為更大范圍的纖維與基體分離現(xiàn)象；應(yīng)變率 ε˙為615.08s-1時(shí)，破碎形態(tài)呈一堆散紗，但大部分紗線呈相對(duì)完整的單根纖維束形態(tài)；隨著應(yīng)變率 ε˙的增加，破碎試樣逐漸變?yōu)楦鼮榧?xì)小的纖維碎屑形態(tài)，表現(xiàn)為纖維斷裂現(xiàn)象。因此，從不同應(yīng)變率下試樣的破壞形貌可以看出，試樣的破壞方式主要為基體壓潰和纖維與基體間界面剪切破壞，但隨著應(yīng)變率的增加，纖維斷裂現(xiàn)象逐漸加重。

圖8 不同應(yīng)變率下試樣縱向壓縮破壞特征 （a）214.47 s-1；（b）379.82 s-1；（c）615.08 s-1；（d）724.22 s-1；（e）981.15 s-1Fig. 8 Longitudinal compression failure characteristics of specimens under different strain rates （a）214.47 s-1；（b）379.82 s-1；（c）615.08 s-1；（d）724.22 s-1；（e）981.15 s-1

圖9 縱向壓縮下破碎試樣形態(tài)特征示意圖Fig. 9 Schematic diagram of morphology characteristics of broken specimens under longitudinal compression

圖10 和圖11 分別是不同應(yīng)變率下試樣的橫向壓縮破壞特征及破碎形態(tài)特征示意圖。由圖10可知，在應(yīng)變率ε˙為435.91s-1時(shí)，破碎試樣形態(tài)主要為三角形截面塊體，表現(xiàn)為試樣發(fā)生剪切破壞；隨著應(yīng)變率 ε˙的增加，試樣的碎裂程度加劇，破碎試樣逐漸形成更多數(shù)量的小體積碎塊，且碎塊形態(tài)多呈多邊形截面塊體，表明試樣受橫向壓縮作用產(chǎn)生的剪切破裂面逐漸增多，試樣的破壞程度加劇。因此，從不同應(yīng)變率下試樣的破壞形貌可以看出，試樣宏觀上主要發(fā)生剪切破壞，隨著應(yīng)變率的增加，試樣剪切破壞程度加劇。

圖10 不同應(yīng)變率下試樣橫向壓縮破壞特征 （a）435.91 s-1；（b）624.67 s-1；（c）819.94 s-1；（d）988.14 s-1；（e）1091.36 s-1Fig. 10 Transverse compression failure characteristics of specimens under different strain rates （a）435.91 s-1；（b）624.67 s-1；（c）819.94 s-1；（d）988.14 s-1；（e）1091.36 s-1

圖11 橫向壓縮下破碎試樣形態(tài)特征示意圖Fig. 11 Schematic diagram of morphology characteristics of broken specimens under transverse compression

3.2 動(dòng)態(tài)壓縮下試樣的微觀破壞機(jī)制

圖12 和圖13 分別為不同應(yīng)變率下破碎試樣在縱向壓縮和橫向壓縮下的斷口掃描圖像。通過(guò)對(duì)不同放大倍數(shù)下的破碎試樣形貌進(jìn)行觀察，可以看出：縱向壓縮下，在較低應(yīng)變率下破碎試樣的斷口形貌主要表現(xiàn)為基體斷裂和界面剪切破壞，但隨著應(yīng)變率的增加，纖維束完整程度逐漸降低，纖維剪切斷裂現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。這說(shuō)明隨著應(yīng)變率的增加，更多能量作用于試樣的破壞，使得試樣在發(fā)生基體斷裂和界面剪切破壞之外，更多纖維參與試樣的破壞從而發(fā)生剪切斷裂。

圖12 縱向壓縮下不同應(yīng)變率破碎試樣的斷口掃描圖像 （a）214.47 s-1；（b）379.82 s-1；（c）615.08 s-1；（d）724.22 s-1；（e）981.15s-1；（1）低倍；（2）高倍Fig. 12 Fracture scan images of specimens with different strain rates under longitudinal compression （a）214.47 s-1；（b）379.82 s-1；（c）615.08 s-1；（d）724.22 s-1；（e）981.15s-1；（1）low magnification；（2）high magnification

橫向壓縮下，在較低應(yīng)變率下破碎試樣塊體體積較大，斷口棱角分明，主要表現(xiàn)為基體斷裂、纖維束剪切斷裂以及大面積的界面剪切破壞形貌。隨著應(yīng)變率的增加，破碎試樣塊體體積逐漸變小，斷口棱角區(qū)域趨于圓滑，纖維剪切斷裂現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。這說(shuō)明隨著應(yīng)變率的增加，更多能量作用于試樣的剪切破壞，使得試樣產(chǎn)生更多的剪切破裂面，破碎試樣塊度逐漸減小，更多的纖維發(fā)生剪切斷裂，試樣破壞程度更加嚴(yán)重。

4 結(jié)論

（1）加載方向是試樣動(dòng)態(tài)壓縮特性變化的重要影響因素。相同編織角時(shí)，材料在縱向和橫向方向受壓，隨著應(yīng)變率的增加，其在縱向和橫向的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)壓縮模量均有不同程度的增幅，尤其在橫向時(shí)數(shù)值增幅較高，說(shuō)明材料在縱向和橫向均具有一定的應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)，其中材料在橫向方向的應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)更為顯著。

（2）試樣的沖擊壓縮破壞的主要表現(xiàn)為能量的積累與釋放以及裂紋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展過(guò)程。高應(yīng)變率下，材料在縱向和橫向壓縮下的動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程以及應(yīng)力應(yīng)變曲線特征具有明顯差異?？v向壓縮下，試樣的動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程主要為裂紋大范圍沿編織結(jié)構(gòu)的漸進(jìn)擴(kuò)展過(guò)程，試樣的破壞主要集中在急劇軟化和平臺(tái)退化階段，試樣發(fā)生脆性破壞，迅速失去承載能力。橫向壓縮下，試樣的動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程主要為一條主裂紋以及多條次生裂紋的擴(kuò)展貫穿過(guò)程，試樣的破壞主要集中在非線性增長(zhǎng)階段和峰后卸載階段，試樣主要呈現(xiàn)為脆性破壞。

（3）高應(yīng)變率下，材料在縱向和橫向壓縮下的破壞模式具有明顯差異?？v向壓縮下，試樣的破壞方式主要為基體壓潰和纖維與基體間界面剪切破壞，但隨著應(yīng)變率的增加，纖維斷裂現(xiàn)象逐漸加重。橫向壓縮下，試樣宏觀上主要發(fā)生剪切破壞，其破壞方式主要為基體斷裂、纖維束剪切斷裂以及大面積的界面剪切破壞，隨著應(yīng)變率的增加，試樣剪切破壞程度加劇。