碳纤维增强复合材料具有质量轻、比强度高、比模量高、耐腐蚀性良好和各向异性等优点，同时具有良好的吸能特性，可应用于碰撞吸能部件。复合材料是由多种材料复合而成、且为各项异性材料，在压缩状态下，表现出的破坏形式较为复杂。纤维断裂、基质破碎、层间分层等破坏形式共同作用，在压溃过程中吸收能量。本章以薄壁圆管为研究对象，进行轴向压溃试验，观察在轴向压溃过程中碳纤维复合材料圆管的破坏形式，获取压溃过程中位移-载荷曲线，为之后数值模拟提供对标数据。

　　圆管结构是一种良好的吸能结构，在轴向压溃过程中，复合材料圆管的吸能量高于矩形管件，因此，本文以江苏博实碳纤维科技有限公司生产的碳纤维环氧树脂材料圆管为研究对象，进行轴向压溃试验。确定圆管的尺寸为内径38.2mm，圆管长度为80mm。单层复合材料的构造形式不同，对复合材料结构件的吸能特性有较大影响，试验共选用一组单向带铺层圆管和一组编织布铺层圆管进行试验。《产品浏览：碳纤维圆管（图）》

　　本文碳纤维复合材料圆管采用电子万能试验机进行轴向压溃试验，本试验采用位移加载方式，设置3mm/min的加载速度进行轴向压溃试验，设置压溃长度为45mm，略大于圆管总长度1/2。选用的碳纤维复合材料圆管一端带有外倒角薄弱环节设置，在轴向压溃试验前装夹试件时，将含有倒角一端朝上布置。

　　对编织布圆管进行轴向压溃试验，可以观察得到碳纤维圆管从上端开始发生失效破坏，在开始阶段圆管上端受压，出现端部的纤维和基体断裂、破碎现象，随着上压头逐渐的向下运动，碳纤维层与层之间出现裂纹发生分层失效，内层向圆管内侧弯曲，外层向圆管外侧弯曲，并撕裂成若干纤维束。上压头继续向下运动，层内裂纹、层间裂纹继续扩展，内层向中间“包裹”，外层向外侧弯曲，呈现炸裂“开花”状，整个压溃过程中均伴有少量纤维和基体破碎脱落。

　　通过试验设备采集轴向压溃过程中位移和载荷值，获取位移-载荷曲线，以试件1位移-载荷曲线为例，开始阶段为弹性阶段，随着压溃距离的增加，输出载荷逐渐上升，与压溃距离近似呈线性关系。当压溃力达到最大值31.1kN，即位移-载荷曲线峰值，随后载荷值迅速下降，下降到20.4kN，随后载荷值有所上升，并产生小幅度的波动，碳纤维复合材料圆管发生稳定的渐进性破坏，载荷平均值为21.7kN。

　　在完全同样的试验条件下，对单向带圆管试件4、5、6进行轴向压溃试验，可以观察得到随着上压头的向下运动，在初始阶段，含有倒角的薄弱一端，即圆管上端出现明显基体破碎现象，并伴有少量的纤维断裂。单向带圆管轴向压溃试验过程，在初始阶段可明显地观察到，由于基体的断裂外层的碳纤维撕裂成若干碳纤维束。同时，组成圆管的内层碳纤维和外层碳纤维之间基体失效，出现层间裂纹。随着上压头继续向下运动，层内裂纹和层间裂纹继续扩展，内层向中间“包裹”，外层向外侧弯曲，呈现炸裂“开花”状。

　　同样通过试验设备采集轴向压溃过程中位移和载荷值，获取位移-载荷曲线，以试件5位移-载荷曲线为例，开始阶段为弹性阶段，随着压溃距离的增加，输出载荷逐渐上升，与压溃距离近似呈线性关系。当压溃力达到最大值44.7kN后，压溃载荷迅速下降，下降到41kN，随后载荷值有所上升，并产生小幅度的波动，碳纤维复合材料圆管发生稳定的渐进性破坏，载荷平均值为34.3kN。

　　综上所述，在碳纤维复合材料圆管几何尺于相近，轴向压溃工况完全相同情况下，单向带圆管具有较大的压溃载荷平均值和比吸能，在压溃过程中吸收更多的能量，相应的单向带圆管也具有较大的压溃载荷峰值，初始冲击力较大。载荷平均值与载荷峰值的比值是衡量结构件吸能特性的另一重要评价参数，二者比值越接近1表明载荷峰值与载荷平均值接近，吸能特性也越好。编织布圆管的比值为0.69，单向带圆管比值为0.77更接近1。