在防弹材料领域，复合材料层合结构因兼具轻质与高强特性成为核心防护材料，但其冲击过程中的能量耗散机制与动态破坏模式仍存在认知盲区。本文基于冲击试验箱技术，结合高速摄影与数字图像相关法（DIC），对碳纤维/环氧树脂层合板的抗冲击行为进行可视化研究，揭示其能量耗散与失效演化的内在规律。

 

　　实验设计

 

　　冲击模拟：利用冲击试验箱施加半正弦脉冲载荷（峰值力80kN，冲击速度12m/s），模拟子弹或破片的高速撞击场景。

 

　　多维度监测：

 

　　高速摄影（20万fps）捕捉层合板表面裂纹萌生、扩展及分层动态；

 

　　红外热成像仪同步记录冲击区域的温度瞬变，反映局部能量耗散；

 

　　压电传感器采集冲击力-位移曲线，计算能量吸收率。

 

　　破坏分析：通过显微CT扫描破坏后的层合板，解析纤维断裂、基体开裂与层间分层的三维分布。

 

　　动态破坏过程可视化

 

　　阶段一（0-0.3ms）：冲击试验箱冲击点局部压溃，基体发生塑性变形并伴随微裂纹萌生，能量以热能形式耗散（红外热成像显示局部升温15-20℃）；

 

　　阶段二（0.3-1.5ms）：裂纹沿纤维方向扩展，层间分层呈“花瓣状”撕裂，能量耗散效率达峰值（约70%），高速摄影显示分层扩展速度超200m/s；

 

　　阶段三（1.5-3ms）：纤维断裂引发结构整体回弹，残余能量以弹性波形式释放，终形成“锥形”破坏区，破坏深度达层合板厚度的60%。

 

　　能量耗散机制

 

　　基体剪切耗能：冲击初期基体塑性变形吸收约35%能量，但易导致局部温度升高引发材料软化；

 

　　分层扩展主导：层间界面开裂贡献40%能量耗散，分层路径受纤维铺层角度显著影响；

 

　　纤维断裂滞后：纤维断裂仅消耗15%能量，但决定结构穿透阈值与残余强度。

 

　　冲击试验箱内的精准打击与多维度可视化技术，将复合材料层合板那转瞬即逝的毁灭性遭遇，解构为一场清晰而深刻的能量博弈纪录片。