碳纖維-環(huán)氧復(fù)合材料高速撞擊損傷效應(yīng)研究.pdf

1、本文采用二級輕氣炮進行高速撞擊，研究了不同撞擊條件下M55J/AG-80復(fù)合材料的力學(xué)性能和撞擊損傷區(qū)域的變化規(guī)律，及其損傷形式，初步討論了高速撞擊損傷機理，并利用有限元分析軟件LS-DYNA進行數(shù)值模擬，為航天器結(jié)構(gòu)材料的空間碎片風(fēng)險評估與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供實驗和理論依據(jù)。
　　研究結(jié)果表明，高速撞擊后前兩層板均被穿透，對M55J/AG-80復(fù)合材料層合板造成穿孔損傷，第三層板未被穿透，在表面形成撞擊坑。在撞擊正面穿孔附近表層樹脂

2、基體被燒蝕掉，纖維裸露在外，并有基體開裂，纖維斷裂、拔出，材料剝落，分層等破壞。M55J/AG-80復(fù)合材料層合板撞擊穿孔附近材料界面剪切、層間剪切和彎曲強度隨著彈丸速度和撞擊角度的增加而降低；在彈丸速度和撞擊角相同的條件下，靶板上距穿孔越遠的部分強度降低越少，第一層板距穿孔距離相同的部分材料的損傷程度要小于第二層板的。撞擊損傷區(qū)域大小與彈丸直徑和撞擊角成正比；雙層板結(jié)構(gòu)中，第二層板的損傷區(qū)域小于第一層板的損傷區(qū)域。通過研究M55J/A

3、G-80復(fù)合材料高速撞擊后的微觀形貌，初步探討了其損傷機理。在撞擊過程中，復(fù)合材料的破壞是由于在穿孔附近形成高的應(yīng)力場造成的。同時復(fù)合材料依靠其自身的結(jié)構(gòu)破壞吸收彈丸部分動能，纖維破壞和脫粘是吸收能量的主要方式。
　　利用有限元分析軟件LS-DYNA，開展了彈丸高速撞擊復(fù)合材料層合板雙層板結(jié)構(gòu)的二維有限元數(shù)值模擬，很好的描述了撞擊過程，得到了侵徹速度和應(yīng)力變化信息。侵徹速度先是快速下降，穿透第一層板后下降速度放緩。靶板同一點的應(yīng)力