复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击位置识别研究
蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展
蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展作者：王莹来源：《科技创新与应用》2014年第13期摘要：文章对铝蜂窝芯、芳纶纸蜂窝芯及其复合材料在制造工艺方面的研究成果进行分析，对蜂窝夹层结构复合材料的研究方向提出了一些建议。
蜂窝夹层结构复合材料具有非常的隔音、隔热以及耐老化和抗冲击性能，因此，在应用发展方面效果将非常好，对其应用研究进行分析，能够提出更好的建议。
关键词：铝蜂窝；芳纶纸蜂窝；复合材料；力学性能引言蜂窝夹层结构复合材料在使用方面具有很好的性能，其具有比较好的强度，同时，抗冲击性能很好，在使用方面能够进行很好的设计，因此，在目前得到了非常广泛的应用，尤其在航空航天领域。
蜂窝夹层结构的性能优越性使其成为了很多领域中无法替代的结构材料。
早期的蜂窝夹层结构复合材料的芯材都是金属芯材，但是，随着科技的不断发展，在芯材方面发生了很大的改变，发展成为了纤维性很强的树脂蜂窝。
目前，蜂窝夹层结构复合材料是出现了很多种，其中，玻璃钢夹层结构复合材料在应用范围和研究方面是发展最好的。
很多的研究人员对玻璃钢夹层结构复合材料的性能进行了更好的研究，而且比较深入，对其在力学、隔音、隔热、以及抗冲击性能方面都做了比较好的分析。
蜂窝夹层结构复合材料的性能主要由蜂窝芯的材料性能决定，蜂窝芯材的高度、材质、密度以及形状都对蜂窝夹层结构复合材料的性能有很大影响。
研究人员对蜂窝夹层结构复合材料做了大量的研究，对其以后的应用和发展非常有利。
1 铝蜂窝夹层结构铝蜂窝芯材只要利用铝箔来实现不同方式的胶接，然后通过拉伸形成不同规格的蜂窝，芯材的性能和铝箔的厚度以及孔格的大小有直接关系，铝蜂窝芯材能够和不同蒙皮材料进行复合，这样就形成了铝蜂窝夹层结构复合材料。
铝蜂窝夹层结构复合材料具有加高的力学性能，而且，在制造成本方面比较低。
但是，铝蜂窝夹层结构复合材料在一些特定的环境中比较容易受到腐蚀，在受到冲击以后，铝蜂窝芯材会出现永久变形的情况，会导致蜂窝芯材和蒙皮发生分离的问题，导致材料的性能降低。
薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击试验
薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击试验摘要：复合蜂窝夹层结构在航空航天工业中得到了广泛的应用，对于薄面板结构，较低能量的冲击会造成目视可见损伤，甚至面板穿透。
因此，研究薄面板蜂窝夹层结构的冲击试验具有重要的意义。
本文以对薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击试验进行了论述。
关键词：薄面板；蜂窝夹层结构；冲击试验复合蜂窝夹层结构以其轻量化、高强度的特点，广泛应用于航空航天、船舶等领域。
然而，这种结构对冲击损伤高度敏感。
众多学者研究发现，冲击损伤在很大程度上破坏了复合材料夹层结构的完整性，从而降低了其强度与刚度。
因此，夹层结构的冲击损伤阻抗及损伤容限已成为国内外研究的热点。
一、试验1、试验件。
试验件由上下复合材料面板和中间的蜂窝芯体胶接而成，面板为上面板3个铺层、下面板2个铺层的编织复合材料。
芯体为正六边形蜂巢，相对密度为0.072。
2、试验设置。
试验在Instron Ceast 9350落锤冲击试验机上完成。
本试验参照ASTM D3763试验标准，冲击试件采用直径12.7mm的半球面冲头、内径76mm、外径100mm的圆环形夹具。
试件分为A、B、C组，A组研究相同冲击能量不同冲击速度的影响，B组研究相同冲击速度不同冲击能量的影响，C组研究不同板厚的影响。
二、冲击速度的影响试验现象。
A组用2.131kg及2.631kg的冲头对两个复合材料铺层面板分别施加1.50J、2.00J、2.50J的能量进行冲击；用2.131kg及2.631kg的冲头分别在2.00J、3.00J、4.00J处对3个复合材料铺层面板进行冲击。
由其结果可知，接触力-时间段分为上升段、波动段和下降段。
冲头接触面板后，接触力会在短时间内上升，然后突然下降，小幅度波动，最后缓慢下降。
随着冲击能的增大，最大接触力变化不明显。
三、冲击能量的影响1、试验现象。
B组试验件用2.13 lkg及2.631kg的冲头分别以0.97、1.19、1.38、1.53m/s四种速度冲击两个复合材料铺层面板；用2.131kg及2.631kg的冲头，以0.97、1.37、1.68、1.94m/s四种速度冲击三个复合材料铺层面板。
复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究
复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究复合材料蜂窝夹芯板是一种轻质高强度的材料，广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等领域。
然而，在实际使用过程中，复合材料蜂窝夹芯板容易受到低速冲击损伤，影响其使用寿命和安全性能。
因此，对复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击损伤进行研究具有重要意义。
复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击损伤机理主要包括弯曲、剪切、拉伸和压缩等多种形式。
其中，弯曲和剪切是最常见的损伤形式。
在低速冲击过程中，复合材料蜂窝夹芯板的表面会出现裂纹和凹陷，进而导致板材的强度和刚度下降。
为了研究复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击损伤，研究人员采用了多种方法，如数值模拟、实验测试和理论分析等。
其中，数值模拟是一种有效的手段，可以预测复合材料蜂窝夹芯板在低速冲击下的损伤情况。
实验测试则可以验证数值模拟的结果，并提供更加真实的数据。
理论分析则可以深入探究复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击损伤机理和规律。
研究表明，复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击损伤与多种因素有关，如冲击速度、冲击角度、板材厚度、芯材类型和面板材料等。
其中，板材厚度和芯材类型是影响复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤的重要因素。
较厚的板材和高强度的芯材可以提高复合材料蜂窝夹芯板的抗冲击性能。
为了提高复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击性能，研究人员提出了多种方法，如改变芯材结构、增加面板厚度、加强面板和芯材之间的粘结等。
其中，改变芯材结构是一种有效的方法，可以通过设计不同形状和大小的蜂窝结构来提高复合材料蜂窝夹芯板的抗冲击性能。
总之，复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击损伤是一个复杂的问题，需要综合运用数值模拟、实验测试和理论分析等方法进行研究。
通过深入探究其损伤机理和规律，可以为提高复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击性能提供理论基础和技术支持。
复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究
的周 期性 ， 因此 一 般采 用 均 匀 化 的方法 将其 等 效 为 连续 体 。 国 内外 学 者 通 过 研 究 给 出 了等 效 蜂 窝 芯 子弹 性 常数 的预报 公 式 ， 研 究 了弹性 常数 与 蜂 窝 并 芯子 材料 和几 何 尺 寸 的关 系 。Ｖ ｉｙ 人 ，对 低 ａｄａ等 ６ 速 冲击下 中空 的 环 氧 树 脂 蜂 窝 夹 芯 板 的 冲 击 力 学 性能 进行 了实 验研 究 ， 与 泡 沫 材 料 和 蜂 窝 芯子 进 并
等效为均匀 的正交各项异性材料 。采用基 于应 变的 Ｈ ｓｉ ａｈｎ三维失效准则和 Ｙ ｈ分层失效准则对面板 损伤进行 判断。使 用部 ｅ 分刚度折减对损伤材料性 能进行退化 。利用用 户子程序 将损伤判据和刚度 折减 方案引入到 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ软件 中。模拟 了复合材
料蜂窝夹芯板低速冲击损伤 渐进过程 ， 与试验结果进行验证 。证 明了该方 法的合理性 ， 并 最后讨论 了各 种参数对冲 击响应和
第 一作 者简介 ： 李进亚 （９ ６ ） 硕 士， 究方 向： １８ 一 ， 研 力学仿 真与建模 。
Ｅｍａ ：ｊ ｙ＿６ ＠ １３ ｔｍ。 － ｉ ｌｉ ａ １ ３ ６ ．ｏ ｌ ｉｎ
复合材料蜂窝板 的低速 冲击损伤有多种损伤 模式 ， 且在冲击过程 中各种损伤模式 间有相互耦合 作用。为了简化蜂 窝板 的低速冲击模型， 只考虑 了
第１ ２卷
第１ ０期
２１ ０ ２年 ４月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ．１ Ｎｏ ０ Ａｐ ．２０１ １ ２ ．１ ｒ ２
低速冲击后含损复合材料夹层板剩余强度研究进展
１６ ２ １０ ４ 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验 室，大连
Ｅ－ ａｉ：ｃ ｎｈ ＠ｄｌ ｔ ｅ ｍ ｌ ｈｅ ｒ ｕ ， ｄｕ． ｎ ｃ
摘
要 综述 了受低速冲击后复合材料 夹层 板的损伤性 态研究进展，重 点介 绍了倍受 复合材料工程
结构设计 师所关注的受损复合材料夹层板 的剩余拉 ／ 强度．主要 内容为： （） 压 １ 复合材料夹层板损 伤特 征； （） ２ 剩余拉伸强度； （） ３ 剩余压缩强度； （） ４ 相关 问题 的讨论与研究展望．
一
样 ，抵 抗 低 速冲 击性 能 很 差 ＿２ ｌ】 ’，当其在 制 造 成 型、 运输 、使 用 和维 护 过程 中受 外 来物 的低
速冲 击 ，如工 具掉 落、冰 雹 等撞 击 等，将 在 面板 造成 基体 开裂 和纤 维 断裂、 其面 板和 芯 体 间 的 界面 脱 黏等 多种 形 式 的损伤 ，从 而导 致 服役 期 间结构 承 载能 力 的弱 化，尤 其 是压 缩 ［ １ 或剪 ３ １ ￣ Ｊ 切 ［１ １ 承 载 能力将 出现 大幅度 的下 降． ９２ ６ ，￣ Ｊ
维普资讯
第 ３ 卷 第 ３ ２ 期
２０ ０２年 ８月 ２ ５日力 学进源自展 、 １３ ．２
ＮＯ． ３
ＡＤ ＶＡ Ｎ ＣＥＳ Ｉ Ｍ ＥＣＨ ＡＮ Ｉ Ｎ ＣＳ
Ａｕｇ． ５ ２ ， ２ ０ ０ ２
低 速冲击 后含损 复合 材料 夹层板 剩余 强度研 究进展
关键 词 剩余拉压 强度 ，损伤， 复合材料夹层板，低速冲击
复合 材料 夹层 板 其 由复合 材料 层合 板 为上 、下面 板 和 比较厚 的密 度 小 的材料 如 泡沫 塑料 、 金属 或 非金 属 制成 的蜂 窝 、波 纹 板和 栅格 为芯体 胶 结 而成 ，见 图 １ ．复合 材 料 夹层 板 与层 合 板
光纤复合材料结构低速冲击判位研究
第 ３期
仪 器 仪 表 学 报
Ｃ ｉ ｅ ｅ Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｃｅ ｔ ｃ Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ ｈｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｉｎ ｉ ｎ ｔ ｏＳ ｉ ｆ ｕ ｎ
Ｖ０ Ｊ ． ｌ ３ｌＮｏ ３ Ｍａ ． ２ ０ ｒ ０１
２ ０年 ３月 ０１
光 纤 复 合 材 料 结 构 低 速 冲 击 判 位 研 究
Ａ ｓ ａ ｔ Ｌ ｗ ｖｌｃ ｙ ｍ ａｔ Ｌ Ｉ ｆ ｎｂ ｎ ａ ｇ ｓｈ ｔ ａ ｏ ｂ ｅｅｔｄｆ ｍ ｔｅｓｒ ｃ ｆｈ ｏ ｐ ｓ ｂ ｔ ｃ ： ｏ ｅ ｉ ｐ ｃ ｒ ｏ ｔｉ ｓ（ Ｖ ）ｏ ｅ ｒ ｇｄｍａｅ ａ ｃｎｎ ｔ ｅｄ ｔ ｅ ｏ ｕ ａｅｏ ｔｅｃｍ ｏ— ｔ ｉ ｔ ｃ ｒ ｈ ｆ
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整体中空夹层复合材料抗低速冲击性能的实验研究
树 脂 体 系 ： 脂 是 Ｗ Ｓ ６ ８环 氧 树 脂 （ 星 树 Ｒ １ 蓝
化 工 新 材 料 股 份 有 限 公 司 无 锡 树 脂 厂 ） 聚 酰 胺 ，
图 １ 整体 中 空夹 层 复合 材 料
６ １ （ 江 丹 宝 树 脂 有 限 公 司 生 产 ） 稀 释 剂 是 ５＃ 镇 ，
１ 前 言
层 复合 材 料进 行 了低 速 冲击 试 验 ， 究 该 材 料 受 研 外 物 冲击 的动 力 学 响 应 ， 算 和 测 量 冲击 载 荷 变 估 化过程 和 结构 整 体 响 应 ， 该 材 料 的抗 冲击 性 能 从 与芯材 高 度关 系 人 手 ， 比分 析 不 同 芯材 高 度 的 对
２ １ 实 验 方 案 的 设 计 ．
本 文共 设计 了 ４ｍｍ、 ６ｍｍ、 ８ｍｍ 三种 不 同 芯材高 度 的整 体 中 空 复合 材 料 ， 比 分析 了在 冲 对
空 以及 管道 等 领域 的应 用前 景广 阔 。但 是 由于该 材 料 的上 下 面 板 薄Ｅ ］ 其 抵 抗 低 速 冲 击 的能 力 ，
２ ２ 试 验 件 的 制 备 ． 预 制 件 ： 层 厚 度 为 ４ｒｎ、 芯 １ ６ ｍｍ、 ａ ８ ｍｍ， 织
物 参 数 为 ： 密 为 １ ｎ ｓ ｃ 其 中 地 经 １ ｅ ｄ ／ 经 ５ｅ ｄ／ ｍ（ ０ ｎ ｓ
ｃ ， 经 ５ ｅ ｄ ／ ｍ） 纬 密 为 ８ ｅ ｄ ／ ｍ。 ｍ 绒 ｎ ｓ ｃ ， ｎ ｓｃ
度 对 整 体 中 空 夹 层 复 合 材 料 的低 速 冲 击 特 性 如 最 大 冲 击 载 荷 、 击 点 最 大 位 移 和 材 料 损 伤 时 能 量 吸 收 冲
等的 影响 。结 果表 明 ： 着芯材 高度 的增加 ， 体 中空夹层 复合 材料 的 最 大冲 击载荷 和 冲击损 伤 阈值 降 随 整 低， 而到 达 最大 载荷 的 时间有 所延 迟 。
基于Puck准则的复合材料层压板低速冲击数值分析与试验验证
基于Puck准则的复合材料层压板低速冲击数值分析与试验验证
DOI：1O. 19936/j. cnki. 2096-8000. 20210628. 003
2021年6月
基于Puck准则的复合材料层压板低速冲击数值分析与试验验证
李 磊1,宋贵宾1,郑华勇2,程鹏飞1,赵 剑3”
(1.中国飞机强度研究所，西安 710065; 2.上海宇航系统工程研究所，上海 201108; 3.同济大学航空航天与力学学院，上海 200092)
本文针对目前飞机结构常用复合材料体系开展 冲击试验研究，获取不同复合材料体系损伤阻抗性 能;并提出了一种基于Puck准则的渐进损伤冲击数 值仿真分析方法，考虑了基于断裂应变能的损伤演 化准则，通过ABAQUS/Explicit求解器对冲击过程 进行数值仿真，编写相应的VUMAT子程序，预测复 合材料层压板的冲击响应，建立一套能够准确模拟 不同复合材料体系冲击响应过程的数值分析手段。
Table 4 Mechanical properties of T800/XX
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
参数
值
参数
值
Eu/GPa E22二 E33/GPa
©12=©13 °23
G〔2 - G^/GPa G23/GPa
165 8.88 0.288 0.3 5.55 3.52
X/MPa Xc/MPa F/MPa yc/MPa S〔2二 S13/MPa
©12=©13 °23
G〔2 - G^/GPa G23/GPa
144 9.37 0.282 0.3 5.60 3.58
X/MPa Xc/MPa F/MPa yc/MPa S〔2二 S13/MPa
p/g* cm-3
2477 1430 76.7 250 88.8 1.60
复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩
复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩1. 引言近年来，随着航空航天、汽车、轻量化结构工程等众多行业的发展，复合材料蜂窝夹芯板逐渐成为了研究的热点。
其具有优异的力学性能、轻量化、防腐蚀等特点，使其被广泛应用于航天航空、船舶制造、公路桥梁、工业设备和建筑·装修等多个领域。
然而，在实际工程应用中，复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击性能却常常成为最为关键的问题之一。
2. 复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击低速冲击是指在低速下发生的非常规冲击，可以造成轻微的甚至是严重的地面坑洞或者材料损坏，在锥角冲击试验、石头落下试验和飞行行李舱测试等场合经常出现。
对于复合材料蜂窝夹芯板来说，低速冲击会对其造成损伤并降低其力学性能，严重时甚至导致其失效。
3. 低速冲击后的压缩行为由于复合材料蜂窝夹芯板具有复杂的结构，低速冲击后的破坏方式也呈现出多样性。
研究表明，低速冲击主要会导致蜂窝芯材的压缩、覆盖层的剥离、缩孔和拉伸等破坏。
其中，蜂窝芯材的压缩破坏是最为普遍的一种形式，同时也是最容易得到量化分析的。
4. 压缩性能测试方法为了研究复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩行为，通常需要使用压缩性能测试方法进行实验。
其中，模量测试和压缩强度测试是最常用的方法。
模量测试主要是检测材料在受力下的刚度和弹性模量等参数，可以在低速冲击的过程中监测其力学性能的变化。
而压缩强度测试则是检测材料在受压下的破坏强度，能够直接反映材料的抗冲击性能。
5. 影响压缩性能的因素复合材料蜂窝夹芯板在低速冲击下的压缩性能受多个因素的影响。
首先是空心率，空心率越低，蜂窝芯材的结构越紧密，其强度和刚度也会越高，因此能够提高材料的抗低速冲击性能。
其次是材料的成分，随着纤维增强材料含量的增加，材料的强度和刚度也会提高，因此能够提高其抗冲击性能。
此外，制备工艺的不同也会对复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩性能产生影响。
6. 结论综上所述，在复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩行为研究中，压缩性能测试方法是最为常用的方法。
蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展
蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展摘要：蜂窝夹层结构复合材料在使用方面具有很好的性能，其具有比较好的强度，同时，抗冲击性能很好，在使用方面能够进行很好的设计，因此，在目前得到了非常广泛的应用，尤其在航空航天领域。
蜂窝夹层结构的性能优越性使其成为了很多领域中无法替代的结构材料。
早期的蜂窝夹层结构复合材料的芯材都是金属芯材，但是，随着科技的不断发展，在芯材方面发生了很大的改变，发展成为了纤维性很强的树脂蜂窝。
目前，蜂窝夹层结构复合材料是出现了很多种，其中，蜂窝夹层结构复合材料在应用范围和研究方面是发展最好的。
关键词：蜂窝；夹层结构；应用蜂窝夹层结构复合材料因其具有比强度高、抗冲击性能好、减振、透微波、可设计性强等优点，目前已经被广泛应用，特别是航空航天领域，蜂窝夹层结构以其优越的性能成为该领域不可缺少的结构材料之一。
早期的蜂窝夹层结构复合材料芯材大多数为金属芯材，随后出现了纸蜂窝夹层结构复合材料以及纤维增强树脂蜂窝等蜂窝芯材。
目前的蜂窝夹层结构复合材料主要分为铝蜂窝夹层结构复合材料、Nomex 纸蜂窝夹层结构复合材料、玻璃钢夹层结构复合材料、棉布蜂窝夹层结构复合材料等，其中玻璃钢夹层结构复合材料已得到广泛的研究和应用。
一、蜂窝夹层结构性能分析蜂窝夹层结构不仅相对强度和相对刚度比较大，同时还具有如下性能特点：（1）密度小：由于蜂窝芯层是由许多相互毗连的空心蜂窝单元组成，其实体蜂窝壁的所占体积较小，因此蜂窝夹层结构的密度也比较小。
（2）良好的平整度和刚性：蜂窝夹层结构在受外力作用时，由于每个蜂窝单元周围存在六个蜂窝单元相互牵制和作用，使其受载能力更强，因此蜂窝夹层结构具有较好的平整性和刚性，即使受到很大的面外载荷，也能在一定范围内防止该结构因发生较大变形而破坏和失效。
（3）较强的减震性能：由于蜂窝芯层中存在大量充满空气的密闭空间，当其受到振动冲击时，蜂窝单元内部会产生很多内耗，可以实现一定程度的缓冲作用，从而化解振动产生的能量。
蜂窝夹层复合材料结构低速冲击数值模拟
蜂窝夹层复合材料结构低速冲击数值模拟摘要：为了发展蜂窝夹层结构低速冲击数值分析方法，建立了蜂窝夹层结构典型平板冲击有限元计算模型，通过界面单元方式模拟蜂窝与面板之间的粘接效应。
结果表明：本文采用的有限元模型能够充分模拟冲击载荷下蜂窝与面板之间的脱粘现象，损伤扩展模式合理准确且通过仿真进行了不同冲击速度和冲击角度下的结构脱粘演化分析，本文分析结果能够支持蜂窝夹层结构的设计和缺陷处理提供数据支撑。
关键词：蜂窝夹层复合材料；低速冲击；损伤扩展；数值模拟中图分类号：TB332 文献标识码：A1研究背景蜂窝夹层复合材料结构由于轻质、高强及耐疲劳等优异的性能被广泛应用于航空航天领域。
其中芳纶纸蜂窝夹层复合材料结构除具有较高的强度刚度性能外还具备低介电的特性，多被用于雷达罩等对透波和隐身性能要求较高的功能性能一体化部位。
考虑到受力特性及使役功能，蜂窝夹层复合材料结构多为刚度强度较高的上下复合材料面板和低密度蜂窝结构组成，面板与蜂窝之间通过粘接剂胶接。
典型的蜂窝夹层结构如图1所示。
图1蜂窝夹层结构示意图蜂窝夹层复合材料结构的面外性能较弱，抗冲击性能较差。
对冲击损伤引起的强度降高度敏感。
冲击损伤的来源很多，在实际的制造、装配、使用和维修等过程中受到的冲击载荷包括工具掉落、跑道碎石、冰雹和鸟撞等。
经国内外研究发现，冲击损伤能够很大程度地破坏蜂窝夹层复合材料结构的完整性，冲击载荷造成的损伤面积大、损伤形式多，严重影响结构的强度和刚度。
因此，开展蜂窝夹层复合材料结构的冲击损伤萌生和演化规律显得十分重要。
（a）面板损伤（b）面板和芯体损伤扩展图2蜂窝夹层结构冲击损伤示意图相关学者对蜂窝夹层复合材料结构的冲击损伤问题已开展了较多研究。
在试验研究方面，复合材料的冲击损伤已经受到广泛关注，但是对于夹层复合材料结构的冲击损伤机理还没有得到很好的解释，夹层结构具有不同于层压板的冲击损伤模式，除了包含Cantwell提到的所有层压板冲击损伤模式（纤维-基体脱粘、纤维断裂、层间基体开裂等）以外，还存在面板-芯体脱粘、芯体压碎等破坏形式。
基于Hashin准则的复合材料层合结构低速冲击研究
基于Hashin准则的复合材料层合结构低速冲击研究吴振;陈健【摘要】利用ABAQUS软件对复合材料层合板结构低速冲击过程中层内破坏以及层间破坏进行相关探究.在有限元模型中使用壳单元与实体壳单元模拟复合材料部分,利用Hashin准则并结合损伤演化过程模拟层内破坏,引入内聚力单元模拟分层破坏.通过与Y.Shi的实验结果进行对比分析得出:实体壳单元可更好地应用于复合材料层合结构低速冲击问题.并且基于上述结论以及在工程方面的应用对复合材料加筋结构低速冲击问题进行了相关研究,结果表明:复合材料加筋结构可以较为有效地抵抗低速冲击破坏;冲击位置距筋条越近,结构吸收能量越多;结构破坏沿着筋条方向扩展.为复合材料加筋结构的设计以及仿真提供参考.【期刊名称】《沈阳航空航天大学学报》【年(卷),期】2017(034)005【总页数】9页(P12-20)【关键词】复合材料;层间破坏;Hashin准则;低速冲击;加筋结构【作者】吴振;陈健【作者单位】沈阳航空航天大学辽宁省飞行器复合材料结构分析与模拟重点实验室,沈阳110136;沈阳航空航天大学辽宁省飞行器复合材料结构分析与模拟重点实验室,沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】V258+.3复合材料在制造与使用过程中存在大量不同程度的冲击碰撞现象，且复合材料层合板层间刚度较低，对冲击载荷表现出相对脆弱的力学行为，因此对复合材料结构进行冲击分析十分必要。
国内外学者对复合材料冲击问题进行了研究，并且取得许多成果[1-4]。
复合材料的冲击过程常常伴随多种损伤形式，并且这些损伤会共同作用在整体冲击过程中，因此亟待提出一种高效、稳定、快速的分析方法模拟复合材料冲击过程。
有限元技术广泛应用于工程计算等领域，结合Hashin[5-6]、Chang-Chang[7]以及Puck[8]等人提出的失效判据，可有效分析层合板的层内破坏以及层间损伤问题。
本文采用传统Hashin准则对层内破坏过程进行进行模拟。
基于LS-DYNA的复合材料层合板低速冲击损伤研究
基于LS-DYNA的复合材料层合板低速冲击损伤研究刘玄;张晓晴【摘要】Combined stress intensity field theory and cohesive zone theory, a new low-velocity impact damage model for composite materials is investigated. 'Hie numerical method is implemented via a commercial finite element code, LS-DYNA. The new low-velocity impact damage model is verified using analysis of cases. The results for the low-speed impact damage resistant composite materials provide a theoretical basis.%结合应力强度理论和粘接域理论,提出一种全新的复合材料低速冲击损伤模型,利用大型动力有限元软件LS-DYNA进行实现,并通过算例的分析,验证了该模型的准确合理性.研究结果为复合材料抗低速冲击损伤提供理论依据.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)012【总页数】5页(P2888-2892)【关键词】复合材料;低速冲击损伤;粘接域;有限元【作者】刘玄;张晓晴【作者单位】华南理工大学土木与交通学院,广州510640;华南理工大学土木与交通学院,广州510640【正文语种】中文【中图分类】V214.8复合材料结构在受到外来物冲击，特别是低速冲击时，极易产生各种内部损伤破坏，造成强度、刚度下降，削弱了复合材料性能，且内部损伤往往难以及时发现，从而增加了发生突然事故的可能性，这己成为复合材料进一步广泛应用的主要技术障碍。
蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展
蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展蜂窝夹层结构复合材料是一种由两个外表面之间填充蜂窝结构的材料。
它的结构不仅能够大幅度减轻重量，还能提高材料的强度和刚度。
因此，蜂窝夹层结构复合材料在航空航天、汽车、建筑等领域具有广泛的应用前景。
本文将就蜂窝夹层结构复合材料的制备、性能及应用进行研究进展的述评。
蜂窝夹层结构复合材料的制备可以通过多种方法实现。
其中，最常用的方法是层压法。
该方法首先将蜂窝芯与表面层压在一起，然后通过高温和高压加热处理来实现复合材料的固化。
此外，也有一些新的制备方法被提出，如原位生长法、3D打印法等。
这些新方法使得制备蜂窝夹层结构复合材料的过程更加简单、快捷，并能够实现更复杂、多样化的结构。
蜂窝夹层结构复合材料由于其独特的结构，在力学性能方面具有较大的优势。
首先，蜂窝夹层结构能够大幅度减轻材料的重量，降低燃料消耗和减少环境污染。
其次，蜂窝夹层结构能够提高材料的强度和刚度，使其具有较好的抗冲击性能和疲劳寿命。
此外，蜂窝夹层结构还具有较好的热阻性能和声学性能。
这些优势使得蜂窝夹层结构复合材料在航空航天、汽车、建筑等领域得到广泛应用。
在航空航天领域，蜂窝夹层结构复合材料被广泛应用于飞机机身、机翼、垂直尾翼等部件。
它们可以有效降低飞机的自重，提高飞机的燃料效率和载荷能力。
同时，蜂窝夹层结构复合材料还具有较好的抗冲击性能，能够有效防止碎片和撞击物对飞机造成损坏，提高飞机的安全性能。
在汽车领域，蜂窝夹层结构复合材料被应用于车身和车门等部件。
与传统材料相比，蜂窝夹层结构复合材料具有更高的强度和刚度，能够提高车辆的稳定性和安全性能。
同时，蜂窝夹层结构复合材料的轻量化特性也能够减少燃料消耗，降低车辆的碳排放，符合环保要求。
在建筑领域，蜂窝夹层结构复合材料被应用于墙体、屋顶、隔热板等部件。
其轻量化和隔热性能能够有效降低建筑物的能耗，提高建筑物的能源效率。
此外，蜂窝夹层结构复合材料还具有良好的吸声性能，可以减少噪音的传播，提高室内环境的舒适性。
北京理工大学李营教授团队提出复合材料层合板抗冲击新措施
北京理工大学李营教授团队提出复合材料层合板抗冲击新措施多次冲击载荷作用下复合材料的动力学性能研究具有重要的科学意义和工程价值，而现有大部分研究都只是针对复合材料开展单一载荷下的力学特性分析，缺乏多次载荷作用下复合材料层合板的力学性能与变形过程研究。
北京理工大学李营教授团队提出热塑性层提升复合材料结构抗冲击性能，开展了多次冲击载荷作用下复合材料层合板的力学性能和变形机理研究，比较了两个位置之间四个冲击距离下的结构冲击响应。
图1 复合材料层合板低速冲击实验过程
通过记录记录性能曲线和最终状态，如冲击力时间/中心位移曲线和分层损伤投影面积来分析变形机理。
实验结果表明，不同冲击能量作用下，界面性能会很大程度上决定结构的冲击损伤模式。
随着加载时间的增大，冲击力呈现增大趋势并且逐步达到峰值，之后会出现冲击力的突然下降，这是由于纤维突然断裂导致的。
图2 低速冲击力-时间曲线
通过比较，最大中心位移可以表征两个冲击位置的互相影响程度。
此外，在具有冲击诱导纤维断裂的高冲击能量下，随着冲击距离的增加，第二次冲击的主要能量耗散模式从纤维损伤变为分层损伤，不同加载能量下结构具有不同的损伤模式。
图3 复合材料层合板冲击损伤C扫描图
图4 损伤状态扫描电镜微观分析
北京理工大学李营教授团队的该研究揭示了复合材料层合板在低速冲击载荷作用下的力学响应和变形机理，为复合材料层合板的工程应用提供设计指导和评估参考。
复合材料蜂窝夹芯板仿真技术研究
复合材料蜂窝夹芯板仿真技术研究1. 引言1.1 研究背景随着科技的不断发展，对蜂窝夹芯板的要求也越来越高。
由于蜂窝夹芯板结构的复杂性和多变性，传统的设计方法已经无法满足需求。
利用仿真技术对复合材料蜂窝夹芯板进行研究和优化已成为一种必然选择。
目前，国内外对复合材料蜂窝夹芯板仿真技术的研究还比较有限，存在许多问题亟待解决。
本文旨在对复合材料蜂窝夹芯板仿真技术进行深入研究，探讨其在结构设计和性能优化中的应用，并为未来的研究提供新的思路和方法。
1.2 研究意义复合材料蜂窝夹芯板仿真技术的研究意义主要体现在以下几个方面：2. 促进行业发展：随着技术的不断发展，复合材料在工程结构中的应用越来越广泛，研究复合材料蜂窝夹芯板的仿真技术可以促进行业的发展，推动材料科学的进步。
3. 提高产品设计效率：通过仿真技术，可以在产品设计阶段对复合材料蜂窝夹芯板的性能进行预测和优化，节约时间和成本，提高产品设计效率。
4. 推动科学研究：复合材料蜂窝夹芯板的仿真技术研究可以为相关领域的科学研究提供重要的参考和支持，推动科学技术的进步和发展。
2. 正文2.1 蜂窝夹芯板结构及特点蜂窝夹芯板是一种轻质高强度的结构材料，其结构主要由两层面板之间夹有蜂窝状结构的芯材组成。
蜂窝夹芯板的主要特点包括轻质、高强度、刚性大、吸能性好、耐疲劳、绝缘性能好等。
蜂窝夹芯板的蜂窝状结构不仅可以有效减轻结构重量，还可以提高结构的强度和刚性，使其具有较好的吸能性能，适用于航空航天、船舶、汽车等领域。
蜂窝夹芯板的芯材通常采用铝合金、玻璃钢、聚乙烯等材料制成，面板则多为复合材料、金属等材料制成。
蜂窝夹芯板在航空航天领域得到广泛应用，可以用于飞机机身、机翼、尾翼等部件的制造，可以有效减轻飞机重量，提高载荷能力和飞行性能。
蜂窝夹芯板的结构复杂，不同材料的组合使用也增加了结构设计的复杂性。
对蜂窝夹芯板的仿真技术研究显得尤为重要。
通过仿真技术，可以预测蜂窝夹芯板在不同载荷下的力学性能，为结构设计和优化提供理论依据。
复合材料蜂窝夹芯板仿真技术研究
复合材料蜂窝夹芯板仿真技术研究本文介绍了复合材料蜂窝夹芯板的结构特点和优点，并重点阐述了采用有限元软件Abaqus来进行仿真分析的方法和步骤。
随后，通过对几个典型的复合材料蜂窝夹芯板结构进行静力和动力仿真，对其力学性能进行了分析。
最后，讨论了仿真结果的可靠性及其在实际工程中的应用。
复合材料蜂窝夹芯板是一种由两层面材料和夹层芯材料组成的结构材料。
其中，面材料一般采用碳纤维增强复合材料或玻璃纤维增强复合材料，芯材料采用铝蜂窝、纸蜂窝或聚合物泡沫等材料。
这种结构的优点在于：具有轻重比低、刚度高、强度高、阻燃性好、隔音性能好等特点。
因此，被广泛地应用于航空、航天、汽车、船舶和建筑等领域。
二、利用Abaqus进行仿真分析的方法和步骤Abaqus是一种功能强大的有限元分析软件，可用于进行复杂结构的仿真分析。
在进行复合材料蜂窝夹芯板仿真分析时，需要按照以下步骤进行：1、建立模型建立复合材料蜂窝夹芯板的三维模型，并对其进行几何网格划分、材料属性分配和加载边界条件等处理。
2、设置材料参数对面材料和芯材料的力学性质进行参数设置，包括弹性模量、剪切模量、泊松比、密度等。
3、选择适当的元素类型根据仿真分析的目的和要求，选择适当的有限元素类型，如三角形单元、四面体元、六面体元等。
4、设置荷载和边界条件根据仿真分析的目的和要求，设置荷载和边界条件，如拉伸荷载、压缩荷载、扭矩荷载、支持约束等。
5、运行仿真计算将模型加载到Abaqus软件中，进行静力或动力仿真计算，并记录输出结果。
本文选取了几个典型的复合材料蜂窝夹芯板结构进行仿真分析。
其中，包括六面体蜂窝芯材料碳纤维增强复合材料蜂窝夹芯板、X形蜂窝芯材料碳纤维增强复合材料蜂窝夹芯板、纸蜂窝芯材料玻璃纤维增强复合材料蜂窝夹芯板等结构。
通过静力和动力仿真分析，得到了这些结构的力学性能。
静力仿真结果显示，这些结构的最大应力主要集中在面材料与芯材料的连接边界处，且应力值较高。
对于纸蜂窝芯材料的复合材料蜂窝夹芯板，其强度和刚度虽然低于其他蜂窝芯材料的复合材料蜂窝夹芯板，但其轻重比更低。
基于ANSYS的铝蜂窝夹芯板低速冲击仿真模拟研究
基于ANSYS的铝蜂窝夹芯板低速冲击仿真模拟研究
王堃;孙勇;彭明军;樊卓志
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2012(026)008
【摘要】简要介绍了蜂窝夹芯板的结构及特点,利用ANSYS有限元模拟软件模拟分析了小球低速冲击对蜂窝铝板的损伤变形.在冲击条件参数不变的情况下,研究了蜂窝铝板结构参数(蜂窝芯边长、蜂窝芯壁厚、蒙皮板厚)对冲击变形以及吸收能量的影响.结果表明,冲击速度越快,能量吸收系数越高,蜂窝芯厚度、蒙皮板厚度增加和蜂窝芯边长减小均使蜂窝铝板耐冲击能力有所提升.
【总页数】4页(P157-160)
【作者】王堃;孙勇;彭明军;樊卓志
【作者单位】昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室;昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明650093;昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室;昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明650093;昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室;昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明650093;昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室;昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明650093
【正文语种】中文
【中图分类】TG454;U661.43
【相关文献】
1.基于Ansys的冲击载荷下蜂窝夹芯板的动力学响应 [J], 李永强;宦强
2.复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究 [J], 李进亚;许希武;毛春见
3.蜂窝夹芯板多次低速冲击及冲击后剩余强度 [J], 俎政; 原天宇; 汤双双; 代祥俊
4.冲击角度对铝蜂窝夹芯板低速冲击性能的影响 [J], 谢鑫; 段玥晨; 齐佳旗
5.冲击角度对铝蜂窝夹芯板低速冲击性能的影响 [J], 谢鑫;段玥晨;齐佳旗
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低气压和温度冲击对蜂窝夹层结构复合材料性能的影响
１复合材料与环境０３３
图１结构示意图
室温下抽真空升温至６０＇Ｅ，恒温ｏ．５ｈ，，０ｎｌＥ至０．２ＭＰａ停止抽真空，继续加压到０．３ＭＰａ开始升温至１３０℃恒温２ｈ。
２．２试验件尺寸
根据ＧＢ１４５６蜂窝芯子剪切强度和面板弯曲强度的试验件尺寸如表Ｉ所示。
表１试验件尺寸
ｆ试件类型试件尺寸（ｍｍｌ
蜂窝芯子剪切强度２００。
４０
面板弯曲强度３６０ｘ４０
２．３环境试验
根据耐低气压试验（高度试验）（ＧＪＢ１５０．２—８６）和温度冲击试验（ＧＪＢ１５０．５—８６）进行试验。
耐低气压试验（高度试验）条件如下：
温度：常温；压力：５７ｋＰａ（４５５０ｎ１）；贮存时间：ｌｈ；压力变化速率：≤１０ｋＰａ／ｍｉｎ。
温度冲击试验条件如下：
高温：７０℃；低温：一５５％；高低温试验时间：各Ｉｈ；循环次数：３次；温度转换时间：不大于５ｒａｉｎ。
３试验结果及分析
３．１耐低气压试验结果
耐低气压试验结果如表２所示，结果表明试验件经耐低气压试验后外观无明显变化，蜂窝芯子剪切强度和面板弯曲强度基本无变化。
在低气压试验中，试验件的蒙皮内外会产生一定的压差，最大压差可达４３ｋＰａ。
但由于蜂窝与蒙皮之间黏接强度（剥离强度可达６０Ｎ・ｍｍ／ｍｍ）足以抗衡压差产生的应力，试验件的蒙皮与蜂窝之间无脱黏，故耐低气压试验对试验件蜂窝芯子剪切强度和面板弯曲强度基本无影响。
蜂窝夹芯板多次低速冲击及冲击后剩余强度
蜂窝夹芯板多次低速冲击及冲击后剩余强度俎政; 原天宇; 汤双双; 代祥俊【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)028【总页数】9页(P101-109)【关键词】蜂窝夹芯板; 多次冲击; 剩余强度; 数字图像相关【作者】俎政; 原天宇; 汤双双; 代祥俊【作者单位】山东理工大学交通与车辆工程学院淄博255000【正文语种】中文【中图分类】TB331轻质、高强的复合材料在当今得到广泛应用,特别是其抗变形,易加工以及优越的吸能效果,在防撞性要求较高的工业中备受青睐,如飞机、船舶等领域[1]。
其中蜂窝夹芯板则是一种常用的复合材料,国内外多位学者[2—6]对蜂窝夹芯板低速冲击进行了实验研究及仿真模拟。
蜂窝夹芯板服役期间,难免会受到冲击,如飞机起飞时地面碎石的撞击,维修设备中工具掉落的冲击等[7]。
蜂窝夹芯板同一位置常会受到多次冲击的事件,因此研究多次冲击对蜂窝板的损伤情况更有实用价值。
在多次冲击的研究中,Akatay等[7]研究了多次冲击对蜂窝夹芯板的影响,研究发现,随着冲击能量的增加,冲透蜂窝夹芯板所需的次数逐渐减小。
Guo等[8]研究了泡沫铝夹芯板,发现在低能量冲击情况下,夹芯结构的挠度随着冲击次数的增加而逐渐增大,但增幅却逐渐减小。
Tooski等[9]研究了纤维板相邻部位多次冲击时的响应,研究发现第二个部位的冲击力受第一个部位的影响,这是由于第一个部位的冲击引起应变强化。
Zhu等[10]研究了在低温(-60 ℃)与室温(20 ℃)两种温度下泡沫铝夹层板多次冲击的力学性能。
其研究发现,随着冲击次数的增加,加载阶段的刚度逐渐增大。
Atas等[11]研究了加热后复合材料的冲击效应,研究发现,多次冲击情况下,随着加热时间越长,损伤面积就越大。
加热后的复合材料相比于未加热的材料,在最大接触力、吸能效果等方面都有变化。
Balc等[12]研究了修复后的蜂窝夹芯结构多次冲击的实验。
对比原来的蜂窝板,修复后的蜂窝板所需的冲透能量大。
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位 置 识 别 。 实 验研 究 结 果 表 明 了该 方 法 的可 行 性 和 有 效 性 。
关键 词 ：复合 材料蜂窝夹芯结构 ； 速冲击定 位 ； 低 应力波 ； 免疫遗传算法
中 图 分 类 号 ：Ｖ １ ． ２４８ 文 献 标 识 码 ：Ａ
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摘 要 ：进行了碳纤维增强复合材料蜂窝夹 ： 邕 结构的低速冲击实验， 采用一种基于应力波和免疫遗传算法的冲击
载荷定位方法 对蜂窝夹芯结构上 的低速 冲击载荷进行分析 和定位 。首先 ， 通过一组事先确定冲 击位置的低速冲击载荷产
生的 冲击应力波实 验数 据 ， 使用小波变换方法对其 在时频域进行分析 ， 获得 多个 频率上 冲击 应力波在 蜂窝夹芯结 构中 的 传播速度 ； 然后在此基础上 ， 考虑蜂窝夹芯结构 中应力波 的各 向异性特性 ， 采用免疫遗传算法对未知的低速冲击载荷进行
振 第３ １卷第 ２明
动
与
冲
击
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴＩ ＯＮ ＡＮＤ Ｓ ＨＯＣＫ
复 合 材 料 蜂 窝 夹 芯 结 构 低 速 冲 击 位 置 识 别 研 究
赵林虎 ， 周 丽
２０１ ） １０ ６
（ 南京航空航天大学 飞行器结 构力 学与控制教育部重点实验室 。 结构强度研究所 ， 南京
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