FMLs的低速沖擊損傷試驗與數(shù)值分析方法研究.pdf

1、纖維金屬層板(FMLs)是一種由金屬薄板和纖維復(fù)合材料板交替鋪層粘接而成的一種混雜復(fù)合材料層板。因其兼有復(fù)合材料和金屬材料的優(yōu)異特性，近年來FMLs成為航空結(jié)構(gòu)應(yīng)用的熱門材料之一。目前國外已對FMLs沖擊問題進行了大量研究并取得了豐富的研究成果。隨著我國航空工業(yè)的發(fā)展，研究國產(chǎn)FMLs的結(jié)構(gòu)性能和斷裂機制成為亟需。故本文對國產(chǎn)FMLs的低速沖擊試驗及數(shù)值分析方法進行深入研究。主要內(nèi)容如下：
　　根據(jù)相關(guān)標準和國內(nèi)外發(fā)表的論文，設(shè)計

2、了系列沖擊試驗件和相關(guān)夾具，采用落錘沖擊試驗機對國產(chǎn)FMLs、鋁合金板、玻璃纖維復(fù)合材料層板和碳纖維復(fù)合材料層板進行一系列不同能量的低速沖擊試驗。對不同能量沖擊下四種試樣的表面可視損傷和沖擊響應(yīng)進行了對比分析。分別探討了固支和簡支兩種邊界條件以及鋁層軋制方向?qū)MLs沖擊響應(yīng)的影響，并對低速沖擊載荷下FMLs的響應(yīng)機制進行了分析。結(jié)果顯示：低速沖擊后FMLs的響應(yīng)和損傷有其獨特的特征規(guī)律；邊界條件對FMLs的沖擊響應(yīng)有一定影響，而鋁層軋

3、制方向?qū)MLs抗沖擊性能的影響卻不明顯；得益于0/90度交替鋪層的玻璃纖維層，F(xiàn)MLs的完全穿透能較相同厚度的鋁板要高約22％。
　　根據(jù)連續(xù)損傷力學(xué)原理，推導(dǎo)并建立了三維復(fù)合材料連續(xù)損傷模型，并編寫了相應(yīng)的VUMAT子程序。采用ABAQUS軟件建立了FMLs低速沖擊的數(shù)值分析模型，并與試驗結(jié)果對比驗證了該模型的準確性。重點對典型試驗條件下FMLs的沖擊損傷進行了數(shù)值計算分析，給出了FMLs不同階段的沖擊響應(yīng)特征；研究了沖擊過程