基于內(nèi)聚力單元的層合板低速沖擊響應(yīng)模擬研究.pdf

1、纖維增強復(fù)合材料由于其優(yōu)異的性能,如較高的比強度和比剛度,質(zhì)量輕,以及結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性等特性,使得復(fù)合材料在航空航天,武器裝備、能源工程、汽車工業(yè)、風(fēng)力發(fā)電以及船舶工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而,復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)在實際使用、生產(chǎn)和維修過程中,常常會出現(xiàn)諸如工具墮落、設(shè)備撞擊等來自于外界物體的低速沖擊作用。由于其較弱的層間剪切強度使復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的損傷阻抗和沖擊強度較差,尤其是在受到低速沖擊載荷這類橫向載荷作用時,常常會產(chǎn)生一些目視不

2、可見的或者是勉強可見的層間或者層內(nèi)損傷等內(nèi)部損傷,如基體開裂、層間分層以及纖維斷裂等損傷模式,會導(dǎo)致層合板結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的大幅度下降,帶來潛在的安全隱患。因此,研究復(fù)合材料層合板的低速沖擊響應(yīng)具有重要的意義。
　　本文研究利用有限元分析軟件ABAQUS/Explicit,結(jié)合基于牽引力分離雙線本構(gòu)模型的內(nèi)聚力界面單元和基于斷裂能失效的 Bengeggagh-Kenane損傷演化準則,以及Hashin失效準則,建立了復(fù)合材料層合板的低

3、速沖擊有限元模型,并利用文獻研究結(jié)果驗證所建立有限元模型的有效性。
　　基于該驗證的有限元模型,本文分別研究了:本文分別研究了沖頭幾何外形、沖頭的沖擊方向以及不同纖維鋪層的混雜效應(yīng)對層合板低速沖擊響應(yīng)的影響。通過模擬研究表明:(1)沖頭越尖銳,沖擊層合板所造成的損傷程度越嚴重;(2)當(dāng)沖頭的沖擊方向處在垂直于層合板的二維平面內(nèi)時,入射角的變化對層合板的沖擊損傷響應(yīng)有著較大的影響,沖擊損傷程度隨入射角的增大呈先增大后減小的趨勢,且當(dāng)