含棉冰材料在低应变率下的抗压性能

航空飞行器在飞行过程中不可避免地受到冰雹冲击的威胁，严重危害航空器的飞行安全。目前，天然冰材料的冲击特性尚不明确，为此，依据ASTM F320-21标准《航空与航天透明外壳冰撞测试》，研究了不同应变率下天然冰材料的力学性能。天然冰相对于人工冰雹具有密度低、强度高的特点，结合冰雹制备标准，制备了含棉纤维质量分数为0、3%、6%、12%的冰柱试样。利用万能试验机对冰试样进行应变率分别为10^-4、10^-3、10^-2 s^-1的压缩实验，分析了棉纤维质量分数与应变率对冰试样压缩力学性能的影响，以及破坏形式与临界应变能密度的关系。结果表明：透明冰在应变率约为10^-3 s^-1时由韧性向脆性转化，且添加棉纤维有助于提高冰的压缩屈服强度，在压缩过程中表现出“裂而不碎”的现象；在准静态压缩下，两种冰模型破坏时转化为裂纹表面能所需的能量均比转化为塑性能所需的能量更少。