平紋編織復(fù)合材料層壓板低速沖擊后剩余強(qiáng)度分析.pdf

1、平紋編織型復(fù)合材料由于具有比強(qiáng)度高、質(zhì)量輕和穩(wěn)定性能好等特性，在航空等結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越廣泛。但平紋編織復(fù)合材料抗沖擊性能差，受沖擊作用后結(jié)構(gòu)內(nèi)部容易出現(xiàn)纖維斷裂、基體裂紋及分層等現(xiàn)象，嚴(yán)重?fù)p害結(jié)構(gòu)的承載能力，從而引發(fā)安全事故。為了評估結(jié)構(gòu)的損傷容限，因此對復(fù)合材料受沖擊后的壓縮性能開展研究具有重要的意義。
　　本文基于ASTM D7136標(biāo)準(zhǔn)對三種鋪層層壓板進(jìn)行低速沖擊試驗(yàn)，研究了其沖擊損傷特性；采用Abaqus有限元分析軟件進(jìn)

2、行了低速沖擊過程的動態(tài)模擬，揭示其損傷規(guī)律。為分析層壓板沖擊后剩余強(qiáng)度，進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，得到?jīng)_擊能量與剩余強(qiáng)度的關(guān)系；并將有限元模擬中的沖擊損傷后末狀態(tài)作為壓縮的數(shù)值模擬的起始狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)層壓板沖擊及沖擊后壓縮的銜接。最后，進(jìn)行了濕熱環(huán)境下含沖擊損傷層壓板的壓縮試驗(yàn)。
　　（1）對三種鋪層層壓板進(jìn)行了不同能量的沖擊試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)三條凹坑深度-沖擊能量曲線都會出現(xiàn)拐點(diǎn)；通過超聲 C掃描得出，在拐點(diǎn)前層壓板內(nèi)部主要出現(xiàn)分層損傷，拐點(diǎn)后沖擊背面

3、伴隨有纖維斷裂及基體開裂現(xiàn)象。建立層壓板沖擊模型，采用Hashin失效準(zhǔn)則對面內(nèi)損傷進(jìn)行預(yù)判，引入cohesive單元模擬層間損傷，并采用 Quads準(zhǔn)則作為界面初始損傷判據(jù)。計算結(jié)果顯示層壓板分層損傷面積類似花生狀、橢圓形等，分層損傷面積也與試驗(yàn)值接近。三種層壓板的分層損傷都是由沖擊背面向正面擴(kuò)展的，模擬結(jié)果也可以發(fā)現(xiàn)少量的纖維斷裂損傷及基體開裂損傷。
　?。?）含沖擊損傷層壓板壓縮過程中出現(xiàn)局部屈曲以及分層擴(kuò)展等現(xiàn)象，最終發(fā)生

4、剪切分層失效。并且剩余強(qiáng)度會受沖擊能量的影響，沖擊能量越大，剩余強(qiáng)度就下降的越多；相比于無損層壓板，其剩余強(qiáng)度都不同程度的下降了30％到62.5%。在含損傷層壓板數(shù)值模擬后處理中發(fā)現(xiàn)：壓縮損傷會在沖擊損傷區(qū)域逐漸向周圍擴(kuò)展，并且90度鋪層方向擴(kuò)展的最快，45度和-45度次之，0度方向最慢；模擬的壓縮破壞載荷較試驗(yàn)值比較吻合。
　　（3）相比常溫下含沖擊損傷層壓板，吸濕后的層壓板破壞載荷下降超過10%，說明濕熱效應(yīng)會使層壓板結(jié)構(gòu)壓縮