靜、動(dòng)態(tài)壓縮下環(huán)氧樹脂玻璃鋼的力學(xué)行為和特性

張羲黃，李金柱，武海軍，黃風(fēng)雷

（北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081）

環(huán)氧樹脂玻璃鋼是一種應(yīng)用廣泛的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，具有比強(qiáng)度大、比剛度高、抗疲勞性能良好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，其電性能十分優(yōu)越，在高頻外電場(chǎng)的干擾作用下仍然可以保持良好的介電性。因此，玻璃鋼常用于雷達(dá)天線罩或?qū)棇?dǎo)引頭的制備。在實(shí)際應(yīng)用中，這些結(jié)構(gòu)常受到動(dòng)態(tài)載荷的作用。與多數(shù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料類似，環(huán)氧樹脂玻璃鋼的各向異性和非均勻性可能使其在動(dòng)態(tài)載荷作用下表現(xiàn)出復(fù)雜的損傷失效行為，如分層失效、基體開裂、纖維斷裂等[1-2]。此外，多數(shù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料均具有較高的應(yīng)變率敏感性[3-4]，因此，研究環(huán)氧樹脂玻璃鋼在不同應(yīng)變率下的力學(xué)響應(yīng)特性，對(duì)于相關(guān)受載結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有十分重要的意義。

相關(guān)學(xué)者對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在高應(yīng)變率下的力學(xué)響應(yīng)開展了一系列研究。Naik 等[5]對(duì)平紋編織E-玻璃纖維和平紋編織碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料進(jìn)行了3 個(gè)主方向（經(jīng)線、緯線和厚度方向）的準(zhǔn)靜態(tài)和高應(yīng)變率（680～2 890 s?1）壓縮實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)材料的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度與失效應(yīng)變均有較強(qiáng)的應(yīng)變率敏感性。Koerber 等[6-7]對(duì)單向碳/環(huán)氧IM7-8522 復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了綜合性研究，結(jié)果表明，單向復(fù)合材料的縱向抗壓強(qiáng)度隨應(yīng)變率的增加而增加，而縱向壓縮模量沒有明顯的應(yīng)變率效應(yīng)，該結(jié)果與Hsiao 等[8]較早的研究結(jié)果有較好的一致性。Tarfaoui 等[9]對(duì)不同鋪層角度的E-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料進(jìn)行了高應(yīng)變率下的壓縮實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，復(fù)合材料的彈性模量、最大失效應(yīng)力和最大應(yīng)變均對(duì)應(yīng)變率敏感，并且隨著應(yīng)變率的提高，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料會(huì)表現(xiàn)出不同的失效模式。基于力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，需要建立可靠的本構(gòu)模型來描述這類復(fù)合材料的復(fù)雜動(dòng)態(tài)力學(xué)行為。Song 等[10]引入了考慮應(yīng)變率效應(yīng)與漸進(jìn)損傷效應(yīng)的本構(gòu)模型，較為準(zhǔn)確地描述了S-2 玻璃/SC15 復(fù)合材料在高應(yīng)變率下的力學(xué)響應(yīng)。許沭華等[11]基于動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了含損傷因子的應(yīng)變率相關(guān)本構(gòu)模型，描述了Kevlar 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在沖擊載荷作用下的損傷軟化效應(yīng)。沈玲燕等[12]建立了一種含損傷的非線性黏彈性本構(gòu)模型，以描述三維正交機(jī)織玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在高速變形過程中的微損傷演化過程。目前，關(guān)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在動(dòng)態(tài)載荷作用下?lián)p傷破壞過程的討論相對(duì)較少；此外，由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，還需從微觀尺度解釋加載速率對(duì)其失效機(jī)理的影響以明確其力學(xué)行為特性。

本工作將系統(tǒng)地研究環(huán)氧樹脂玻璃鋼的準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能。采用材料測(cè)試系統(tǒng)（MTS）和分離式霍普金森壓桿（Split Hopkinson pressure bar，SHPB）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)試樣進(jìn)行兩個(gè)主要方向的加載實(shí)驗(yàn)，得到材料在不同應(yīng)變率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。同時(shí)，利用高速攝影技術(shù)對(duì)試樣的變形與損傷過程進(jìn)行可視化分析，并結(jié)合壓縮試樣的宏觀力學(xué)響應(yīng)特征與掃描電子顯微鏡（SEM）微觀組織形貌對(duì)比分析，揭示其損傷機(jī)理。最后，針對(duì)環(huán)氧樹脂玻璃鋼在高速?zèng)_擊下的損傷演化過程，提出一種基于應(yīng)變率及宏觀損傷失效因子的本構(gòu)模型。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 試樣制備

環(huán)氧樹脂玻璃鋼（型號(hào)：EPGC202）是由環(huán)氧樹脂基體和增強(qiáng)材料（E-玻璃纖維及其織物）二者復(fù)合而成的低壓成型材料，密度為2.05 g/cm3。環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量為170，固化劑胺值為500；布織物是由高模無堿玻璃纖維編織而成，面內(nèi)纖維按照正交編織的方式鋪層。實(shí)驗(yàn)試樣為10 mm×10 mm×10 mm的立方體，如圖1 所示。試樣表面依次使用1 200、2 000、3 000 目的砂紙打磨光滑，以保證其平行度和平面度。

圖1 環(huán)氧樹脂玻璃鋼試樣Fig. 1 Specimens of glass fiber reinforced plastics

1.2 準(zhǔn)靜態(tài)加載實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)加載實(shí)驗(yàn)裝置

如圖2 所示，分別在面內(nèi)（平行于纖維束方向）和面外（垂直于纖維束方向）兩個(gè)加載方向?qū)υ嚇舆M(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)。準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)在MTS 萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)機(jī)以恒定的壓縮速度對(duì)試樣進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變率為0.001 s?1。每個(gè)方向均進(jìn)行3 次相同壓縮速度的重復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為3 次重復(fù)實(shí)驗(yàn)中相近的兩次實(shí)驗(yàn)取平均值。

圖2 試樣加載方向示意圖Fig. 2 Schematic diagram of loading direction of specimen

動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)采用SHPB 裝置，如圖3所示。桿材料為18Ni 鋼，楊氏模量190 GPa，密度為8 000 kg/m3。圖3 中εi(t)、εr(t)、εt(t)分別為入射波應(yīng)變、反射波應(yīng)變和透射波應(yīng)變。此外，子彈、輸入桿、輸出桿的長(zhǎng)度分別為203 、1 200 和1 200 mm，直徑均為19 mm。入射桿與子彈接觸端置有波形整形器，以延長(zhǎng)和調(diào)整入射波的上升沿，消除入射波的高頻振蕩。通過入射桿、透射桿上的應(yīng)變片和信號(hào)收集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集桿上的應(yīng)變信號(hào)。借助采集到的應(yīng)變信號(hào)，基于一維應(yīng)力波理論及動(dòng)態(tài)平衡假設(shè)，得到試樣的應(yīng)變率、應(yīng)力以及應(yīng)變，分別為

圖3 SHPB 試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig. 3 Schematic of compression SHPB set-up

式中：Ab、As、C0、Ls分別為桿的橫截面面積、試樣的橫截面面積、桿的波速和試樣的長(zhǎng)度， ε˙、 ε、 σ分別為試樣的應(yīng)變率、應(yīng)變和應(yīng)力，t為時(shí)間。此外，高速攝影儀的拍攝幀率設(shè)置為50×104幅每秒，可以有效捕捉試樣在動(dòng)態(tài)壓縮過程中的裂紋擴(kuò)展及損傷變形過程。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)

通過準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)得到了環(huán)氧樹脂玻璃鋼在不同應(yīng)變率、不同加載方向下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線以及試樣的最終形貌，如圖4 和圖5 所示。

圖4 面內(nèi)壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig. 4 Experimental results of specimens under in-plane compressive loading

圖4(a)曲線①和圖5(a)曲線①分別給出了材料在應(yīng)變率為0.001 s?1時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)面內(nèi)壓縮和面外壓縮下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，在兩個(gè)加載方向下其應(yīng)力和應(yīng)變均呈線性關(guān)系，未出現(xiàn)明顯的塑性階段，表明材料在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下具有一定的脆性特征。當(dāng)試樣發(fā)生完全損傷破壞時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，該點(diǎn)的應(yīng)力值對(duì)應(yīng)于材料在該方向的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮強(qiáng)度。材料在準(zhǔn)靜態(tài)載荷作用下的破壞形態(tài)見圖4(b)和圖5(b)。

圖5 面外壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig. 5 Experimental results of specimens under out-of-plane compressive loading

動(dòng)態(tài)壓縮下材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線則表現(xiàn)出明顯的非線性。在加載初期，材料處于彈性變形階段，應(yīng)力-應(yīng)變近似呈線性關(guān)系；當(dāng)應(yīng)力增大到一定值時(shí)，材料發(fā)生屈服，進(jìn)入塑性硬化階段。值得注意的是，應(yīng)力-應(yīng)變曲線在該階段表現(xiàn)出較為明顯的振蕩，Hu 等[13]認(rèn)為該現(xiàn)象是復(fù)合材料內(nèi)部出現(xiàn)損傷破壞的特征。如圖4(b)所示，在356、645、918 和1 145 s?1應(yīng)變率的面內(nèi)加載下，材料出現(xiàn)了纖維屈曲、層間剪切裂紋及分層等現(xiàn)象；在830、1 035、1 154 和1 346 s?1應(yīng)變率的面外加載下，材料出現(xiàn)了層間壓潰損傷和剪切破壞，見圖5(b)。以上應(yīng)變率下材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中應(yīng)力的最大值對(duì)應(yīng)于材料的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度，達(dá)到抗壓強(qiáng)度后，應(yīng)力急劇減小，材料完全損傷破壞，失去抵抗加載的能力。而在應(yīng)變率為246 s?1的面內(nèi)加載以及應(yīng)變率為612 s?1的面外加載下，由于霍普金森桿的沖擊能量不足，材料應(yīng)力并未達(dá)到其抗壓強(qiáng)度，未完全損傷的試樣仍具有恢復(fù)部分變形的能力，相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)明顯的卸載段，見圖4(a)曲線②和圖5(a)曲線②。

2.2 材料變形及損傷分析

圖6 和圖7 為動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)中試樣在不同加載方向下的典型破壞過程。對(duì)于面內(nèi)加載，加載初期（t=20 μs）即可觀察到試樣出現(xiàn)了多處明顯的分層損傷，隨后分層損傷引發(fā)了多條貫穿試樣的剪切破壞帶（t=40 μs）。隨著動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，在t=80 μs 時(shí)，試樣完全破壞，裂紋間纖維完全斷裂，玻璃鋼碎片脫落。對(duì)于面外加載，試樣在t=40 μs 時(shí)出現(xiàn)了層間泛白現(xiàn)象，說明垂直于纖維編織方向的加載使得試樣中的纖維織布與基體層間受到壓縮，發(fā)生壓潰損傷破壞。值得注意的是，該階段可以觀察到試樣厚度明顯變薄，說明與面內(nèi)壓縮不同，面外壓縮并未立即引發(fā)宏觀裂紋。此后，隨著加載的進(jìn)一步進(jìn)行，試樣在t=60 μs 時(shí)出現(xiàn)由剪切破壞產(chǎn)生的貫穿裂紋。

圖6 應(yīng)變率1 145 s?1，面內(nèi)加載下試樣的損傷過程Fig. 6 Process of specimen failures under in-plane compressive loading, strain rate: 1 145 s?1

圖7 應(yīng)變率1 154 s?1，面外加載下試樣的損傷過程Fig. 7 Process of specimen failures under out-of-plane compressive loading, strain rate: 1 154 s?1

通過SEM 對(duì)不同應(yīng)變率下動(dòng)態(tài)壓縮的回收試樣進(jìn)行微觀觀測(cè)。典型的觀測(cè)結(jié)果如圖8 和圖9 所示。圖8(a)及圖9(a)為原始試樣的表面形貌，試樣呈交錯(cuò)編織的完整纖維束，纖維束與基體緊密接觸。在面內(nèi)和面外加載條件下，環(huán)氧樹脂玻璃鋼均表現(xiàn)出纖維拔出斷裂、基體開裂的失效模式。不同之處在于，平行于纖維方向的面內(nèi)加載使得纖維發(fā)生屈曲，引起纖維束和基體沿加載方向的分層開裂，而受面外加載的試樣并未出現(xiàn)類似的分層損傷。玻璃鋼在準(zhǔn)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)壓縮下的損傷形貌也有較大差異。在圖8(b)和圖9(b)所示的準(zhǔn)靜態(tài)加載條件下，拔出的纖維表面相對(duì)光滑；而在圖8(d)～圖8(f)和圖9(d)～圖9(f)所示的動(dòng)態(tài)載荷作用下，纖維表面十分粗糙，能觀察到大量環(huán)氧樹脂附著物。這表明在動(dòng)態(tài)加載條件下，基體纖維-基體界面的斷裂韌度更高[14]。此外，在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷作用下的斷面能夠觀察到經(jīng)向纖維與緯向纖維斷裂，基體也可見成塊的破碎現(xiàn)象；而動(dòng)態(tài)載荷加載下纖維與基體的破碎程度更嚴(yán)重，斷面未觀察到較為完整的纖維束與成塊的樹脂基體，該現(xiàn)象是纖維材料與基體材料應(yīng)變率敏感性的體現(xiàn)，同時(shí)也表明了纖維-基體界面作用力隨著應(yīng)變率的提升而增強(qiáng)的特征[15]。

圖8 面內(nèi)加載下試樣的SEM 圖像Fig. 8 SEM observations of specimens subjected to in-plane compressive loading

圖9 面外加載下試樣的SEM 圖像Fig. 9 SEM observations of specimens subjected to out-of-plane compressive loading

2.3 動(dòng)靜態(tài)力學(xué)參數(shù)

基于應(yīng)力-應(yīng)變曲線以及材料的最終破壞情況，可得到不同加載條件下材料的力學(xué)參數(shù)。由于環(huán)氧樹脂玻璃鋼在動(dòng)態(tài)加載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線沒有明顯的屈服轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因此采用Peng 等[16-17]提出的“最遠(yuǎn)點(diǎn)法”確定材料的屈服強(qiáng)度，相關(guān)力學(xué)參數(shù)見表1 和表2。表中： σy為屈服強(qiáng)度， σc為壓縮強(qiáng)度， εf為失效應(yīng)變，E為楊氏模量。

表1 不同應(yīng)變率面內(nèi)加載下環(huán)氧樹脂玻璃鋼的相關(guān)力學(xué)參數(shù)Table 1 Mechanical properties of glass fiber reinforced plastics subjected to in-plane loading at various strain rates

表2 不同應(yīng)變率面外加載下環(huán)氧樹脂玻璃鋼的相關(guān)力學(xué)參數(shù)Table 2 Mechanical properties of glass fiber reinforced plastics subjected to out-of-plane loading at various strain rates

2.3.1 應(yīng)變率效應(yīng)

當(dāng)加載條件從準(zhǔn)靜態(tài)壓縮向動(dòng)態(tài)壓縮轉(zhuǎn)變時(shí)，材料的楊氏模量和壓縮強(qiáng)度明顯增大。在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮時(shí)，纖維-基體間作用力較弱，對(duì)材料的支撐作用有限。高應(yīng)變率下，纖維-基體界面斷裂韌度增強(qiáng)使得纖維能夠較好地抵抗材料的變形及損傷，從而提高材料的整體力學(xué)性能。然而，當(dāng)應(yīng)變率增加到某一足夠大的閾值時(shí)，模量及強(qiáng)度的變化幅度減小，應(yīng)變率效應(yīng)減弱。特別是在面外加載條件下，應(yīng)變率從1 154 s?1增加至1 346 s?1時(shí)，材料的楊氏模量和壓縮強(qiáng)度均略微降低。當(dāng)應(yīng)變率足夠高時(shí)，非彈性熱耗散和損傷引起的熱軟化可能是引起材料應(yīng)變率“閾值效應(yīng)”的原因。Arbaoui 等[18]、Mostapha[19]和王嚴(yán)培等[20]也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。此外，環(huán)氧樹脂玻璃鋼在動(dòng)態(tài)載荷作用下出現(xiàn)屈服的原因，可能是高應(yīng)變率的加載更易引起試樣內(nèi)部損傷，從而導(dǎo)致應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈非線性。材料的屈服強(qiáng)度也有較強(qiáng)的應(yīng)變率敏感性，這與玻璃纖維以及環(huán)氧樹脂基體自身的應(yīng)變率效應(yīng)有關(guān)[21]。相對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)加載，高應(yīng)變率下材料的失效應(yīng)變明顯降低。Reis 等[22]認(rèn)為，由于基體的黏彈性行為，動(dòng)態(tài)加載會(huì)引起基體的脆性效應(yīng)，導(dǎo)致材料失效應(yīng)變降低。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，環(huán)氧樹脂玻璃鋼的應(yīng)變率效應(yīng)是增強(qiáng)纖維和基體本身的應(yīng)變率效應(yīng)以及纖維-基體界面作用力增強(qiáng)的綜合體現(xiàn)。

2.3.2 各向異性

環(huán)氧樹脂玻璃鋼的各向異性明顯，圖10 為兩個(gè)加載方向下材料的失效應(yīng)變和壓縮強(qiáng)度隨應(yīng)變率變化關(guān)系曲線。材料在面內(nèi)加載下的壓縮強(qiáng)度和失效應(yīng)變比面外加載下更低，這是由于在面內(nèi)加載條件下，較小的壓縮力及變形就可引起試樣發(fā)生多處纖維屈曲以及分層損傷，進(jìn)而形成多處貫穿若干纖維鋪層的剪切破壞，如圖4(b)所示，使得材料在面內(nèi)加載方向下的抗壓能力弱于面外方向。

圖10 面內(nèi)和面外壓縮下環(huán)氧樹脂玻璃鋼的壓縮強(qiáng)度及失效應(yīng)變對(duì)比Fig. 10 Comparison of compressive strength and failure strain of glass fiber reinforced plastics under in-plane and out-of-plane loading

3 動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型及參數(shù)確定

考慮到環(huán)氧樹脂玻璃鋼在動(dòng)態(tài)載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)特性，本研究提出了一種基于對(duì)數(shù)形式的本構(gòu)模型，以描述材料在高應(yīng)變率下的非線性特征與應(yīng)變率效應(yīng)

式中：n為常數(shù)。

此外，為了描述環(huán)氧樹脂玻璃鋼內(nèi)部的損傷行為帶來的材料總體弱化效果，引入宏觀損傷變量D，即發(fā)生損傷的材料內(nèi)部承載應(yīng)力 σ與無損傷材料內(nèi)部承載應(yīng)力 σr的關(guān)系為

基于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的損傷累積過程，認(rèn)為損傷因子D是應(yīng)變和應(yīng)變率的函數(shù)，即

Song 等[10]提出一種損傷率相關(guān)模型，用以描述材料應(yīng)變率的非線性損傷累積。他們認(rèn)為，損傷因子D與材料的應(yīng)變呈線性關(guān)系，即

式中：D0、D1和 ξ均為材料參數(shù)。然而，環(huán)氧樹脂玻璃鋼在動(dòng)態(tài)載荷下表現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性力學(xué)行為，通過擬合發(fā)現(xiàn)該損傷因子不足以反映材料的損傷累積過程。沈玲燕等[12]將反映纖維增強(qiáng)復(fù)合材料總體弱化效果的損傷因子D取作關(guān)于應(yīng)變冪次的函數(shù)，從而較好地體現(xiàn)出材料的內(nèi)部損傷。因此，可將損傷因子D表示為

式中：B為材料參數(shù)。由此環(huán)氧樹脂玻璃鋼含損傷量的動(dòng)態(tài)本構(gòu)方程可表示為

式中： ε˙0取0.001 s?1。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到面內(nèi)和面外兩個(gè)方向的材料參數(shù)，見表3。

表3 環(huán)氧樹脂玻璃鋼本構(gòu)模型擬合參數(shù)Table 3 Material constants of glass fiber reinforced plastics constitutive model

圖11 和圖12 為材料在面內(nèi)和面外兩個(gè)方向由本構(gòu)模型計(jì)算與實(shí)驗(yàn)得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線對(duì)比。可見，擬合結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，該模型能夠較為準(zhǔn)確地描述材料受動(dòng)態(tài)載荷時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線關(guān)系的非線性特征，也可準(zhǔn)確反映材料應(yīng)變率相關(guān)的力學(xué)特性。

圖11 面內(nèi)加載下模型的模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線對(duì)比Fig. 11 Comparison of stress-strain curves between model predictions and experiments under in-plane loading

圖12 面外加載下模型的模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線對(duì)比Fig. 12 Comparison of stress-strain curves between model predictions and experiments under out-of-plane loading

4 結(jié) 論

(1) 對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)加載條件，環(huán)氧樹脂玻璃鋼在兩個(gè)加載方向下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均表現(xiàn)出線性特征，未出現(xiàn)明顯的塑性階段；而在動(dòng)態(tài)載荷作用下玻璃鋼內(nèi)部更易發(fā)生纖維斷裂等內(nèi)部損傷，應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出明顯的非線性特征。

(2) 環(huán)氧樹脂玻璃鋼受面內(nèi)動(dòng)態(tài)壓縮時(shí)，在較小的變形下出現(xiàn)分層損傷破壞，隨后分層損傷引發(fā)多條剪切破壞帶；而對(duì)于面外動(dòng)態(tài)加載，材料層間首先出現(xiàn)層間界面壓潰現(xiàn)象，該階段材料會(huì)發(fā)生較大的壓縮變形，然后出現(xiàn)由剪切破壞產(chǎn)生的貫穿裂紋。面內(nèi)加載容易引發(fā)材料分層損失現(xiàn)象，材料在面內(nèi)方向的強(qiáng)度及失效應(yīng)變更低。

(3) 環(huán)氧樹脂玻璃鋼的應(yīng)變率效應(yīng)不僅與纖維及基體的應(yīng)變率敏感性有關(guān)，還依賴于纖維-基體界面作用力的強(qiáng)弱。在動(dòng)態(tài)載荷作用下，纖維-基體界面的斷裂韌度更高，基體與纖維的破碎程度更嚴(yán)重，使得材料在高應(yīng)變率下的抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)。

(4) 基于環(huán)氧樹脂玻璃鋼在動(dòng)態(tài)載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)特性，建立一種考慮損傷量的非線性本構(gòu)模型，較好地描述了材料在高應(yīng)變率下的力學(xué)行為。