复合材料层合结构冲击损伤特性及其影响因素研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:bdysh
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复合材料通常由基体与增强材料组成,其优势在于高强度、可设计性强,所以被广泛应用于航空航天等领域。但是其抗冲击性能差,在冲击作用下容易发生损伤,冲击损伤会使复合材料的承载能力大幅下降,造成严重的安全隐患。因此,研究复合材料的冲击损伤问题及其影响因素,同时预测复合材料在低能量冲击下的损伤演化过程,具有重要的意义。采用数值模拟的方法对复合材料的冲击损伤问题进行研究。基于ABAQUS有限元软件,建立了复合材料层合板的冲击模型,并与文献中的实验结果对比,结果显示本文的仿真值与文献中的实验值较为吻合,验证了本文所采用的复合材料冲击损伤分析方法的合理性。在该模型中,研究了层合板在低能量冲击下产生的损伤模式,层合板层内损伤采用改进的Hashin失效准则作为损伤判据,层间损伤通过引入Cohesive内聚力模型,模拟冲击作用下产生的分层损伤。结果表明,分层损伤和基体拉伸失效是复合材料层合结构在低能量冲击下的主要损伤形式,并且最先出现的是基体拉伸失效,其次基体压缩失效;然后是纤维压缩失效和纤维拉伸失效,分层损伤出现在最后阶段。通过复合材料机翼蒙皮层合结构,研究了三种铺层因素对复合材料层合板低能量冲击损伤特性的影响,最后还研究了冲击物质量、冲击速度、冲击能量、复合材料性能四种可能影响分层损伤面积的因素,结果表明,复合材料层合板的低能量冲击损伤情况与冲击物质量和冲击速度没有直接关系;冲击损伤的面积将会随着冲击能量的增加而扩大。
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