关键词：复合材料；开孔；抗反复冲击
在汽车轻量化浪潮中，玻璃纤维增强聚丙烯（GFRPP）复合材料凭借高比强度、耐腐蚀和可回收性成为关键材料。然而，结构件必需的装配孔、线缆孔等开孔设计，却成为性能的“阿喀琉斯之踵”——孔边缘应力集中会导致整体刚度下降。既往研究多聚焦静态载荷或单次冲击（如Chang的拉伸模型、Amaro的分层研究），但实际工况中反复冲击造成的损伤累积（如飞石撞击、工具磕碰）才是真正的失效元凶。开孔对热塑性复合材料抗反复冲击性能的影响，尤其是孔距冲击点距离（d） 的定量规律，成为亟待破解的工程密码。
为了填补这一研究空白，武汉理工大学彭丕等研究者进行了一项针对性的实验研究。如图1所示，他们采用热压成型工艺制备了特定铺层（[0/90]4s）的连续玻璃纤维增强聚丙烯（GFRPP）层合板试样。试样分为无孔板（WH）和开孔板，开孔直径为6mm，关键变量是孔中心与预设冲击点的距离d，分别设置为5mm、10mm、15mm和20mm。
图1冲击试样示意图[1]
这项研究得出了几个关键结论，对工程应用具有重要指导意义：
表1第一次冲击试验层合板响应数据[1]
如表一所示，当冲击能量固定为40J时，孔距d与冲击响应呈强相关性：d增大 → 最大接触力提升（d=5mm时接触力降17.0%，d=20mm仅降4.3%）；d增大 → 位移与吸能降低（d=5mm吸能增22.4%，d=20mm仅增1.2%）；
机理：开孔削弱整体刚度，d值越小，孔周自由边缘效应越显著，能量吸收越强。
图2距离对冲击失效次数的影响[1]
如图2所示，无孔板可承受59次冲击直至穿透失效，而开孔使寿命断崖式下降：
d=5mm：寿命降低88.1%（约7次）
d=10mm：降低57.6%（约25次）
d=15mm：降低20.3%（约47次）
d=20mm：仅降低3.3%（约57次）
临界点分析：当d<15mm时，寿命衰减呈非线性加剧，d=5mm板失效速度达无孔板的12倍。
图3接触力最大值与N/Nf的关系[1]
如图3所示，d≥15mm试件因基体应变硬化出现初期力值峰值；d≤10mm试件因孔周损伤持续扩展，力值单调下降。
图4吸收能量与N/Nf的关系[1]
如图4所示，所有试件单次吸能随冲击次数缓慢递增——前期损伤累积使裂纹扩展耗能增加，最终纤维断裂时吸能陡升。d≤10mm试件因孔加速损伤交汇，中期吸能增幅更显著。
结论：
该研究首次量化开孔位置与反复冲击寿命的映射关系，揭示15mm的安全距离阈值。对车门防撞区、电池包支架等冲击敏感部件，该成果为“孔位优化-寿命预测-防护设计”提供了直接理论支撑，标志着汽车复合材料应用从静态设计迈向动态耐久性设计的新阶段。参考文献：
[1]彭丕,王继辉,陈宏达,等.开孔对热塑性复合材料层合板抗反复冲击性能影响的研究[J].玻璃钢/复合材料,2019,(11):100-104.
