碳纖維增強(qiáng)鎂合金層板反復(fù)沖擊損傷行為預(yù)測.pdf

1、纖維金屬層合板(FMLs)是由金屬材料層與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層交替堆疊而成，是一種具有三明治結(jié)構(gòu)的新型材料，憑借其獨(dú)特的力學(xué)性能已成功運(yùn)用于航空航天等領(lǐng)域。鎂合金作為工程運(yùn)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，與纖維復(fù)合制成的FMLs有潛在的應(yīng)用價值。為了探索碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)的AZ31B鎂合金層合板(Mg/CFRP)的抗沖擊性能，本文使用有限元軟件 ABAQUS/Explicit對其低速沖擊及反復(fù)低速沖擊過程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，詳細(xì)研究了其在沖擊載荷

2、下的金屬層損傷、纖維層破壞及界面脫粘等失效模式。
　　界面脫粘是FMLs在低速沖擊下重要的損傷模式。為了能準(zhǔn)確的模擬出界面脫粘開裂過程，本文研究了用于控制界面脫粘的指數(shù)內(nèi)聚力單元本構(gòu)模型(cohesivezone model, CZM)，并基于該本構(gòu)模型，使用Fortran語言編寫了適用于ABAQUS/Explicit中模擬界面脫粘的 VUMAT用戶子程序，在與脫粘試驗對比具有良好吻合度的前提下，運(yùn)用于FMLs沖擊過程中的數(shù)值模擬

3、以研究各層界面的脫粘情況。
　　FMLs中纖維復(fù)合材料層采用三維Hashin失效準(zhǔn)則，并引入剛度折減，編寫了適用于纖維材料的VUMAT子程序，而鎂合金則考慮了其塑性各向異性本構(gòu)。首先對文獻(xiàn)中玻璃纖維增強(qiáng)鎂合金板(Mg/GFRP)的單次沖擊試驗進(jìn)行了數(shù)值模擬，在取得良好的模擬結(jié)果后，研究了Mg/CFRP層合板和混雜纖維增強(qiáng)層合板的單次低速沖擊。結(jié)果顯示：在沖擊過程中一般非沖擊面會先于沖擊面出現(xiàn)裂紋；與單一碳纖維增強(qiáng)的鎂合金層合板復(fù)合

4、材料相比，單一玻璃纖維增強(qiáng)的鎂合金層合板在沖擊載荷作用時出現(xiàn)的沖擊破壞裂紋更小，但前者比后者的抗沖擊變形能力更強(qiáng)；碳纖維層內(nèi)混雜合適的玻璃纖維鋪層能夠提高碳纖維增強(qiáng)鎂合金層合板的抗沖擊性能。
　　為了探索Mg/CFRP層合板在反復(fù)低速沖擊下的損傷情況，本文對其反復(fù)沖擊過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并研究了不同纖維鋪層角度和不同金屬體積分?jǐn)?shù)對其抗沖擊性能的影響。模擬結(jié)果表明：在反復(fù)低速沖擊載荷作用下，Mg/CFRP層合板沖擊面首先出現(xiàn)裂縫；在