汽车涂层冲击破坏性能实验研究

作     者：刘阳 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：臧孟炎

授予年度：2022年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：汽车涂层 动态拉伸性能 冲击实验 抗石击性能 

摘      要：汽车涂层在服役过程中的石击破坏现象,是汽车企业和用户高度关注的一个问题。尽管汽车工业已经步入较为成熟的阶段,但由于漆膜性能和尺寸的限制,关于汽车涂层冲击破坏的研究较少。目前,通过等效实验研究涂层的冲击破坏问题是一种行之有效的手段。因此,本文重点研究了漆膜的动态力学性能和涂层的抗石击性能,主要内容包括:考虑到汽车涂层在遭受冲击、漆膜材料发生变形时的应变率不属于准静态范畴,为了获取高应变率下的漆膜力学性能,对漆膜进行了动态拉伸实验。将粘贴高灵敏度半导体应变片的PMMA聚合物杆替换原来的霍普金森金属杆,以适配涂层漆膜这种低强度、低阻抗的聚合物薄膜材料。制作清漆、色漆、中涂和电泳漆膜的测试样本,在50s至600s的应变率范围内对四种漆膜进行拉伸实验,得到漆膜在中、高应变率下的应力应变关系。基于涂层抗石击仪,使用自主开发的喷枪机构进行了单颗粒钢球冲击实验,以研究冲击速度、冲击角度、漆膜厚度和接触类型等不同因素对复合涂层和单涂层抗石击性能的影响。结合涂层破坏的宏观结果和电镜(SEM)微观观察,分析了涂层在法向冲击和倾斜冲击下的失效机理。使用加装了气压传感器的涂层抗石击仪,进行了DIN 55996和SAE J400两个标准下的多颗粒冲击实验,记录抗石击仪腔内空气流场的压力变化。利用SEM从微观角度进行能谱分析,确认复合涂层样本的破坏程度。通过高速影像获取标准实验中冲击涂层样本的颗粒运动速度大小和方向。另外,用钢球分别等效替换标准实验中的钢砂和鹅卵石进行多颗粒冲击实验,研究了标准多颗粒冲击实验中颗粒的形状及运动状态对涂层破坏行为的影响。基于实验研究所获取的漆膜动态力学性能和涂层材料的冲击破坏机理,不仅对评价汽车涂层冲击破坏性能有重要意义,也为后续仿真评价研究工作奠定了基础。