冰載荷作用下碳纖維復合材料桁條加筋曲面板的沖擊動力響應研究.pdf

1、大量由碳纖維復合材料層合板所構(gòu)成的新型飛機往往在其飛行過程中會遭受到含有大量冰雹的風暴襲擊,造成機體破壞,危害乘客的人身安全。而這種破壞為典型的沖擊損傷。
　　為了研究冰載荷沖擊下碳纖維復合材料層合板的動態(tài)響應及其材料的力學性能,本文采用霍普金森壓桿技術(shù)實現(xiàn)了對碳纖維復合材料層合板進行的三個主方向上的動態(tài)力學性能測試。并通過與靜態(tài)力學性能測試下應力-應變關(guān)系進行對比,發(fā)現(xiàn)其在面外方向的主要破壞模式表現(xiàn)為脆性材料的剪切破壞。其壓縮強

2、度隨著應變率的提高而提高,但動態(tài)壓縮應變極限小于靜態(tài)壓縮極限應變。而在面內(nèi)方向上,其壓縮強度明顯低于面外方向,且在動態(tài)載荷作用下壓縮強度隨著應變率的提高而提高,但動態(tài)壓縮強度明顯低于靜態(tài)壓縮強度。通過對比和觀察其破壞形貌,進而發(fā)現(xiàn)其在面內(nèi)方向上動態(tài)破壞主要為基體開裂脫層;而靜態(tài)破壞則有脫層和剪切破壞共同作用組成。其破壞區(qū)域可分為三個明顯的區(qū)域,且各區(qū)域破壞模式均不相同。
　　與此同時,本文采用霍普金森壓桿技術(shù)實現(xiàn)了對冰的材料動態(tài)力

3、學性能測試。結(jié)果表明冰和碳纖維復合材料層合板一樣在壓縮載荷作用下均為明顯的應變率敏感型材料。且其應力極限隨著應變率的增加而提高。在動態(tài)壓縮載荷作用下其破壞形式為顯著的脆性破碎。此外,本文又進一步通過實驗和理論分析的方法研究了波形整形器的相關(guān)規(guī)律以及其對入射波波形各部分的影響因素。研究表明隨著波形整形器的直徑增大,其整形效果越好;但隨著撞擊桿的速度提升,相同尺寸的波形整形器的整形效果變?nèi)酢?br>　　在此基礎(chǔ)上,本文進而研究了碳纖維復合材

4、料蒙皮板及其結(jié)構(gòu)在冰球載荷作用下的動態(tài)力學響應和破壞模式。選取隔段中心位置和翼緣中心位置等兩處位置為冰球沖擊點作為研究對象。進而發(fā)現(xiàn)當冰球沖擊隔段中心位置時,其首先在蒙皮和翼緣連接處靠近剪切帶的位置發(fā)生脫層,繼而在連接處靠近沖擊點的位置和蒙皮上被沖擊的位置上發(fā)生破壞;當冰球沖擊蒙皮上翼緣中間位置時,對應連接處在沖擊點位置處首先發(fā)生破壞。通過有限元仿真模擬與無損檢測相結(jié)合的手段分析和解釋了其在這兩種沖擊類型下的損傷類型,損傷演化過程和造成