复合材料层合板低速冲击后的力学性能试验研究
复合材料低速冲击损伤研究及等效模型的应用
复合材料低速冲击损伤研究及等效模型的应用摘要：本文主要研究了复合材料在低速冲击下的损伤机制，并通过等效模型的应用，提出了针对复合材料低速冲击损伤的评估方法。
本文首先介绍了复合材料的基本概念、特点及应用领域，然后重点分析了复合材料在低速冲击下的损伤机理，接着阐述了等效模型的理论基础及其在复合材料损伤评估中的应用，最后总结了该研究的成果及未来发展方向。
一、复合材料的基本概念、特点及应用领域复合材料是一种由两种或两种以上的材料通过物理或化学方法结合而成的材料。
相比于传统材料，复合材料具有优异的力学性能、化学稳定性、电磁性能等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子电器、建筑等领域。
二、复合材料低速冲击损伤的机理分析复合材料在低速冲击下的损伤机理较为复杂，主要受到冲击能量、冲击角度、材料组成等因素的影响。
根据大量的实验研究表明，复合材料在低速冲击下的损伤主要表现为层间撕裂、分层、纤维断裂等形态。
这些损伤形态的产生主要是由于冲击能量在材料内部传递时，产生了较大的内应力，导致材料的结构发生破坏。
三、等效模型的理论基础及其在复合材料损伤评估中的应用等效模型是一种基于物理量的数学模型，用于描述复合材料的力学性能。
等效模型的理论基础包括应力张量、应变张量、能量方程等。
在复合材料中，等效模型的应用可以有效地评估材料的损伤程度，为材料的修复和使用提供依据。
四、结论与展望本文研究了复合材料在低速冲击下的损伤机制，并通过等效模型的应用，提出了针对复合材料低速冲击损伤的评估方法。
实验结果表明，该方法能够有效地评估复合材料的损伤程度，为材料的修复和使用提供依据。
然而，复合材料低速冲击损伤的研究仍存在一定的局限性，如实验条件的限制、模型参数的确定等。
未来可以通过优化实验条件、改进模型参数等方法，进一步提高该研究的准确性和可靠性。
此外，随着复合材料在各个领域的应用越来越广泛，对于复合材料损伤评估的需求也越来越大。
复合材料层合板低速冲击损伤特性影响因素
复合材料层合板低速冲击损伤特性影响因素复合材料层合板是一种新型材料，它由多层材料组成，具有较高的强度和刚度，被广泛应用于航空、航天、汽车等领域。
然而，在实际使用过程中，层合板可能出现低速冲击损伤，降低了其力学性能和安全性能。
因此，研究层合板低速冲击损伤特性及其影响因素具有重要的意义。
层合板低速冲击损伤特性包括损伤程度、损伤面积、损伤形状等方面。
其中，损伤程度是指层合板受到冲击后的损伤程度，主要表现为层板表面的凹陷、破裂、裂纹等；损伤面积是指受损的面积大小，直接影响到层合板的力学性能；损伤形状则是指受损面的形状，通常为圆形、椭圆形或者不规则形状。
影响层合板低速冲击损伤特性的因素主要包括以下几个方面：1. 板材材料性质：层合板由多层材料组成，不同的材料性质对其低速冲击损伤特性具有不同的影响。
比如说，弹性模量高的材料在冲击后容易出现裂纹，而韧性好的材料则容易产生凹陷。
2. 冲击能量：冲击能量是指冲击力对层合板的作用力大小，对层合板的损伤程度、面积和形状都有直接的影响。
当冲击能量越大时，层合板损伤程度越严重，损伤面积越大，损伤形状也越不规则。
3. 冲击角度：冲击角度是指冲击力施加的角度大小，对层合板的损伤特性也有影响。
一般来说，冲击力垂直于层合板的表面时，损伤程度和面积都会比较大，而当冲击力与层合板表面成一定角度时，损伤程度和面积都会减小。
4. 堆积方式：层合板材料的堆积方式也会影响其低速冲击损伤特性。
不同的堆积方式会导致不同的力学性质，从而影响冲击损伤情况。
比如说，将纤维方向相反的两层材料堆积在一起时，可提高层合板的冲击强度。
5. 界面黏结强度：层合板的各层材料之间的界面黏结强度也会影响其低速冲击损伤特性。
如果黏结强度不够强，不同材料之间的相对滑动就容易产生，从而导致受损层面的剥离和剪切。
总之，复合材料层合板低速冲击损伤特性影响因素有很多，研究这些因素可以帮助我们了解层合板的力学性质和使用安全性，为以后材料设计和制造提供参考。
低速冲击下玄武岩纤维铝合金层合板力学性能分析
低速冲击下玄武岩纤维铝合金层合板力学性能分析汽车轻量化是降低车辆能耗和环境污染的重要手段,使用轻量化材料是实现汽车轻量化的有效方式。
纤维复合材料以其优异的力学性能已经广泛应用在航空航天等领域,随着纤维复合材料生产成本的降低和加工工艺的成熟,纤维复合材料在汽车产业已经得到广泛关注,并且开始逐步替代钢制部件。
纤维金属层合板是将纤维复合材料和金属薄板结合起来,形成的一种新型复合材料,其整体性能不仅仅是两种或多种性能的简单叠加,而是多种材料性能互补形成的新型复合材料。
与纤维复合材料层合板相比,纤维金属层合板具有更高的能量吸收特性;与金属板相比,具有更高的比强度和比弹性模量,能够满足车身抗冲击特性和轻量化的要求,因此在汽车应用上有很大潜力。
本文将玄武岩纤维复合材料和铝合金的优势相结合,将玄武岩纤维复合材料与铝合金薄板通过粘接方式,制成玄武岩纤维铝合金层合板样件,对其结构力学性能进行了实验和模拟研究。
分别研究了不同铺层结构和受到不同角度载荷冲击时,玄武岩纤维铝合金层合板的抗冲击性能,最后应用到发动机罩外板进行基础性研究。
具体研究内容如下:(1)进行了样件的制备及相关力学性能实验。
首先制备单向玄武岩纤维复合材料层合板实验样件,根据单向纤维复合材料基本力学性能测定方法,进行拉伸、压缩和剪切实验,获得玄武岩纤维复合材料单层板的力学性能参数;然后对铝合金板进行去污、脱脂和脱氧处理,并与玄武岩纤维层合板粘接,制成玄武岩纤维铝合金层合板实验样件,分别对纯玄武岩纤维层合板和玄武岩纤维铝合金层合板进行弯曲实验和冲击实验,对比分析其弯曲性能和抗冲击性能。
(2)研究不同层数连续壳单元对仿真精度影响,建立有效的有限元模型。
因为单元层数对纤维复合材料层合板有限元模型的仿真精度有很大影响,本文基于Hashin失效准则和双线性内聚力单元理论,分别采用2层、4层和8层连续壳单元对纤维层进行模拟,建立纤维层合板和纤维金属层合板三点弯曲仿真模型和低速冲击模型,进行有限元仿真并与实验结果对比,研究单元层数对仿真结果的影响。
低速冲击作用下层合板损伤试验研究与数值分析
低速冲击作用下层合板损伤试验研究与数值分析张维【摘要】参照标准试验方法,开展了层合板低速落锤冲击试验,获取了不同冲击能量下凹坑深度等试验数据,并对含冲击损伤层合板进行了剩余压缩强度试验.研究了凹坑深度-冲击能量、剩余压缩强度-凹坑深度的变化关系,并讨论了低速冲击过程中的损伤演变过程和层合板的压缩破坏模式.建立了层合板低速冲击损伤分析模型,分别采用Hashin失效准则和界面单元模拟单层失效与分层损伤,利用有限元分析了层合板低速冲击过程,得到了不同冲击能量下分层损伤面积.结果表明,凹坑深度可以较好地表征层合板抵抗冲击的能力,随着冲击能量的增大,剩余压缩强度随凹坑深度的增加而明显降低.有限元分析得到的分层损伤面积与含损伤层合板超声C扫描结果吻合较好.【期刊名称】《工程与试验》【年(卷),期】2018(058)002【总页数】5页(P24-28)【关键词】低速冲击;层合板;损伤;失效【作者】张维【作者单位】中国飞机强度研究所,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】V216.5+51 引言纤维增强复合材料与常规金属材料相比，具有比强度高、可设计性强、工艺性好等诸多优点，因而广泛地应用于航空航天领域[1]。
复合材料结构对面外冲击载荷较为敏感，冲击造成的损伤会大幅削弱层合板压缩强度，使得结构承载能力大大降低[2]。
因此，复合材料冲击损伤越来越多地受到广大研究者的关注。
试验研究与数值模拟是研究复合材料冲击损伤问题最主要的两种手段。
杨宇等[3]研究了含损伤层合板的压缩破坏机制，通过超声C扫描和声发射获得了分层损伤分布和压缩破坏过程。
程小全等[4]进行了不同能量下层合板冲击试验，给出了不同冲击能量下冲击表面与冲击背面的损伤状态。
刘洪权等[5]建立了模拟层间应力及损伤的有限元模型，采用内聚力单元模拟层间损伤起始与扩展，数值模拟结果与试验结果吻合较好。
Moural等[6]在板壳元基础上发展了一种新力学模型，将低速冲击视为准静态过程，没有考虑渐进损伤。
叠层缝合碳纤维增强铝基复合材料低速冲击及冲击后剩余压缩力学性能
叠层缝合碳纤维增强铝基复合材料低速冲击及冲击后剩余压缩力学性能顾 姝, 蔡长春, 余 欢*, 徐志锋, 王振军（南昌航空大学 轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室, 南昌 330063）摘要：以铝合金ZL301为基体，碳纤维叠层缝合织物为增强体，采用真空压力浸渗工艺制备叠层缝合碳纤维增强铝基（叠层缝合C f /Al ）复合材料。
通过室温落锤冲击实验，研究冲击载荷及能量随时间的变化行为规律，采用光学显微镜和工业数字X 射线成像系统观测其冲击损伤形貌，分析冲击损伤机理。
通过冲击后压缩（CAI ）实验，研究复合材料在不同冲击能量下沿经纱方向的剩余强度，观察压缩试样宏观与微观断口形貌，分析压缩失效机制。
结果表明：冲击载荷作用下叠层缝合C f /Al 复合材料发生了显著的局部损伤，正面损伤区域出现了较明显的凹坑，而其背面出现明显的沿经向的裂纹，裂纹长度随冲击能量增加而增大，损伤模式主要表现为基体开裂和纤维断裂拔出；冲击后的经向压缩强度随冲击能量的增大而下降，压缩后的复合材料出现了从冲击裂纹端部沿纬纱方向扩展到试样边缘的横向裂纹，压缩宏观断口中纱线结构破坏严重程度随冲击能量的增加而加重，而压缩后的微观断口均呈现出纤维剪切断裂后参差不齐的形貌。
关键词：叠层缝合；C f /Al 复合材料；低速冲击；冲击后压缩；失效机制doi ：10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000209中图分类号：TB333 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2022)03-0080-09纤维增强复合材料（FRP ）因密度小、比强度高、比模量大、各项力学性能优异而被广泛应用，其中碳纤维增强复合材料（CFRP ）以其高强高模、耐高温、可多维编织、热力学性能优良等特点脱颖而出，广泛应用于航空航天领域，但其特殊的使用环境中存在如飞鸟、冰雹等外来物体的冲击，对复合材料造成一定程度的损伤，降低其力学性能，缩短其使用寿命，影响飞行安全。
复合材料层合板低速冲击损伤方法研究
复 合 材 料 层 合 板 低 速 冲 击 损 伤 方 法 研 究
张小娟， 张博平
( 西北工业大学 航空学院， 陕西 西安 710072 )
摘
要: 在试验的基础上， 分析了冲 击能量与 凹坑深 度之间 的关系， 拟合 出了冲 击能量 与凹坑 深度
曲线方程�曲线方程表明， 凹坑深度的变化是与冲击能量的变 化过程相适 应的， 从而在凹 坑深度已 知的情况下可以计算得到层合板 所受的 外载， 有此 外载从便 对层 合板进 行相 应的模 拟�利 用 A N SYS 有限元程序对复合材料层合板横向低速冲击进行了模拟 ， 模拟采用瞬态分析方法�对冲击后的 试件进行了 C 扫描， 在此基础上对损伤的分 布形式 及大小做 了详细 的分析 �计算结 果和试 验结果 表明， 方法是可行的， 拟合曲线是正确的， 且适合于层合板冲击后的损伤评估� 关键词: 复合材料层合板; 低速冲击; 冲击能量; 损伤; 有限元 中图分类号: O242. 1 文献标识码: A - 654X ( 20 1 0) 03- 0 068-03 文章编号: 1671
用特殊 壳单 元研 究了 层间 剪切 应力 分 布� Scot tR.
6］ Fi n n & G eorge S. Spr i n ger［ 研究了层合板在静态或冲
收稿日期 : 200 9- 1 2-1 6
修订日期 : 2010- 04- 06
作者简介 : 张小娟 ( 1982 - ) ， 女， 陕西渭南人， 硕士， 研究方向为复合材料性能 �
22刚度退化复合材料板破坏时逐层逐单元发生的单元发生破坏后其刚度将发生变化应力在各单元中的分布也随之改变因而刚度退化方法选择得是否适当对求解层合板的最终强度有很大影响本文采用以下刚度退化方法9
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
复合材料层板低速冲击剩余强度的研究
St udy on t he Post-i mpact Co mpressive Strengt h of Co mposite la m i nates ， YAN Y i ng ZENG Dong
（Depart ment of fli ght Vehicle Desi gn and Applied m echanics ， Beiji ng Uni versit y of ， ， A eronautics and A stronautics Beiji ng 100083 Chi na ） 摘 要：针对复合材料层板受低速冲击后的剩余压缩强度问题进行分析计算， 把冲击破坏区看作一个含有随
i =1 n i =1
#
P i到冲击层板的极限压缩破坏载荷。图 4 为 4 mm 层板在受极限载荷作用下的最小主应 力分布云图， 其绝对值最大， 整块层板的主应力均 为负值， 其绝对值在冲击破坏区周围靠近 y 轴的 地方达到最大， 破坏就是从这里开始的， 这与试验 结果吻合。
上式 效模量参数； E， ! 为未破坏区的模量参数。 ! " 中的未知量为 E， 求解时显然少一个方程。 !， "， 在线弹性范围内， 冲击后层板受压缩时的载荷位 移关系呈线性关系， 通过压缩实验得到层板的总 体有效模量
E总 =
P L # A
（ 2）
138
航
空
学
报
$ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 式中： ! 为在此压缩载荷P 作用下所产生的压缩 位移； L 为压缩方向层板长度； A 为层板在压缩方 向的横截面积； E 总 是不均匀体和不均匀体周围 材料的弹性性能和大小尺寸的函数， 即有 ! " E 总 = g（R ， L， W， E， "， E， "） （ 3） 式中： R 为冲击破坏区半径； L， W 分别为层板的 长和宽。 对于式 （ ， 采用拟合式来代替， 即有 2）
复合材料层合结构抗冲击性能研究进展
复合材料层合结构抗冲击性能研究进展石南南2,亢志宽1>2*,王利辉,王小娟2,赵卓(1.北京工业大学建筑工程学院，北京100124； 2.北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室，北京100124)摘要：层压复合材料因具有良好的综合力学性能，被广泛用于工业民用、建筑桥梁、军事等结构中。
综述了四类复合材料层合结构的抗冲击性能，包括纤维增强复合材料、混杂纤维增强复合材料、仿生复合材料和功能梯度复合材料。
总结了国内外复合材料层合结构抗冲击性能的研究现状，分析四类常见复合材料层合结构的抗冲击特性。
结合复合材料层合结构抗冲击性能的研究进展，对未来复合材料层合结构在抗冲击方面的应用进行了展望。
关键词：复合材料；抗冲击性能；层合结构；堆叠顺序；功能梯度中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：2096-8000(2021)02-0115-08层压复合材料由于具有良好的耐腐蚀、抗疲劳及良好的材料和结构可设计性等因素被广泛用于工业民用、建筑桥梁、军事等结构中。
然而，复合材料层合结构使用过程中，若受到冲击损伤，其内部会产生微观损伤，从而会严重影响复合材料层合板的剩余强度、耐久性及稳定性［1］。
因此，许多学者对层压复合材料在抗冲击性能方面进行了深入的研究。
通过整理相关文献,将常见的层压复合材料大致分成了纤维增强复合材料、混杂纤维增强复合材料、仿生复合材料和功能梯度复合材料四类。
纤维增强复合材料层合板［2］有很多优良特性,如比强度高、可设计性强等，被用于土木工程、军事、船舶等多个领域，纤维增强复合材料层合板还可以进一步分为碳纤维复合材料层合板［3］、玻璃纤维复合材料层合板［4］、芳纶纤维复合材料层合板［5］等。
混杂纤维增强复合材料板［6］是具有多种纤维特性的复合材料。
仿生复合材料层合板是根据生物材料的组分或堆叠顺序等因素而设计的。
生物材料融合了许多特性,高性能的轻质材料由相对较弱和普通的成分制成，是进化发展的结果［7,8］o功能梯度复合材料层合板［10］是组成元素不断变化的新型材料，具有更轻、更坚固、抗冲击性能更强等突出优点。
复合材料板受低速冲击时能量吸收的实验研究
复合材料板受低速冲击时能量吸收的实验研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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复合材料层板低速冲击后剩余压缩强度
图1 冲击试验装置
Fig. 1 Impact test fixt ure
・1 4 2 ・
复合材料学报
的能量等级作用下 , 某些试验件凹坑深度已超过层 板的厚度 , 此时层板已被穿透 。同样随着冲击能量 的增大 , 背面基体裂纹的长度也增大 , 但当冲击能 量超过 0. 65J / 层时 , 背面基体裂纹长度的增长已很 平缓 , 这是因为背面基体裂纹已经到达试件的冲击 边界 。可 以 认 为 基 体 裂 纹 不 可 以 用 以 表 征 冲 击 损伤 。 图 3 ( c) 为损伤面积 ( 采用 C 扫描测量 ) 随冲击 能量改变的变化规律 , 可见随着冲击能量的增大 , 层合板的损伤投影面积扩大 。材料 T300/ Q Y8911 相对于材料 T300/ 5405 随着冲击能量的增大 , 其损 伤面积增加相对平缓 , 表明其具有更好的抗冲击阻 抗性能 。从试件的外观看 , 由于该系列试验的冲击 能量均较大 , 试件背面的铺层由于分层扩展被限制 而出现纤维断裂 。在相同的冲击能量冲击后 , 试件 的损伤面积分散性还是比较大 , 这是因为复合材料 工艺很难保证试件的厚度和基体分布完全一致 , 导 致板的弯曲刚度不同 , 韧性分布不均匀 , 以及板的 支持边界不完全一致等因素造成的 。 冲击后压缩 , 所有试件的破坏均起始于试件的 冲击点位置 , 沿垂直于载荷的方向扩展破坏 。图 4 为压缩破坏时前后表面的破坏形式 。试件在受压过 程中 , 分层扩展时层合板内会发出响声 , 当载荷较 低时 , 后表面会出现局部屈曲 。继续加载时 , 该失 稳区只沿垂直载荷方向 ( 90° 方向 ) 向两边扩展 , 而 在平行载荷方向 ( 0° 方向) 不变 。当载荷达到一定水 平时 , 板的前后表面铺层纤维发生断裂 , 紧接着整 个层合板发生最终破坏 。从破坏后板的侧边进行观 察 , 发现大部分铺层已发生断裂 。 图 5 给出了不同冲击能量下的 CA I 试验结果 , 可以看出 , 随着冲击能量等级的增加 , 层合板的剩 余压缩强度线性比例下降 。而且还可以看出 , 随着 能量等级的增加 , T300/ Q Y8911 和 T300/ 5405 这 两种热固性材料的变化趋势完全相同 。
复合材料层压板低速冲击和准静态压痕损伤等效性的研究
复合材料层压板低速冲击和准静态压痕损伤等效性的研究闫丽;安学锋;蔡建丽;张代军;益小苏【摘要】Through the comparison of low-velocity impact testing and quasi-static indentation and testing, three kinds of relationship are obtained between the impact energy ( or the quasi-static indentation force) damage area and dent depth. An analysis of these relationships indicates clearly that the damage area and dent depth can be chosen as the damage parameters to set up the damage relationship between drop-weight impact and quasi-static indentation. When impact energy or quasi-static indentation force is reached at the some value, then,the knee point appears in the three kinds of relationship curves, and the knee-points of the two tests are very close and the variation tendency is identical, which indicates that quasi-static indentation tests may replace low-velocity impact tests. Under the lower impact energy ( before knee point ), quasi-static indentation force approximately is equal to the maximum force caused by impact process of corresponding impact energy. By analyzing the process of the two tests, the delamination onset load in the quasi-static indentation is lower than that in the low-velocity impact, but the tendency of the load variation is similar, which further indicates the damage equivalence of composite laminates subjected to low-velocity impact and quasi-static indentation tests.%通过对低速冲击试验和准静态压痕试验进行对比,获得了冲击能量(准静态压痕力)与层压板损伤面积、损伤宽度和凹坑深度的三组对应关系.分析表明,损伤面积、损伤宽度和凹坑深度均可作为损伤参数来建立低速冲击和准静态压痕损伤的等效性.当冲击能量或准静态压痕力达到一定值后,三组对应关系曲线上出现拐点,两类试验的拐点相差很小,且两类试验的变化趋势相同,初步说明了用准静态压痕试验替代低速冲击试验是可行的,同时在较低冲击能量(拐点值之前)下准静态压痕力近似等于相对应的冲击能量下冲击过程的最大接触力.对两类试验过程进行分析,准静态压痕试验的初始分层载荷较冲击试验稍低,但两类试验过程中载荷的变化趋势相同,进一步说明了低速冲击试验和准静态压痕试验损伤的等效性.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2011(031)003【总页数】5页(P71-75)【关键词】复合材料层压板;低速冲击;准静态压痕;损伤面积;损伤宽度;凹坑深度;等效性【作者】闫丽;安学锋;蔡建丽;张代军;益小苏【作者单位】北京航空材料研究院,先进复合材料重点实验室,北京,100095;北京航空材料研究院,先进复合材料重点实验室,北京,100095;北京航空材料研究院,先进复合材料重点实验室,北京,100095;北京航空材料研究院,先进复合材料重点实验室,北京,100095;北京航空材料研究院,先进复合材料重点实验室,北京,100095【正文语种】中文【中图分类】TB332随着纤维增强复合材料在航空航天结构日益广泛的应用,研究复合材料的损伤对其强度、刚度及疲劳寿命的影响愈来愈重要。
抗低速冲击复合材料的制备及性能研究
抗低速冲击复合材料的制备及性能研究摘要: 本文通过对抗低速冲击复合材料的制备及性能进行研究，探讨了材料的制备工艺和性能测试方法。
研究结果表明，通过合理控制复合材料的配比和加工工艺，可以显著提高材料的抗低速冲击性能，提高其在航空、汽车等领域的应用价值。
关键词: 抗低速冲击，复合材料，制备，性能1. 引言抗冲击性能是评价材料在受到外力冲击时抵抗破坏的能力，具有重要的工程应用价值。
随着现代工业的发展，对于抗低速冲击性能要求越来越高，传统材料往往难以满足需求。
复合材料由于其优异的力学性能和轻质化特点，成为了一种理想的抗低速冲击材料。
因此，研究抗低速冲击复合材料的制备及性能具有重要的科学意义和工程应用价值。
2. 材料与方法本研究选用了无机纤维增强树脂基复合材料作为研究对象，采用手工层叠法制备复合材料试样。
在制备过程中，通过控制纤维的取向和树脂的浸润，使得复合材料具有较高的抗冲击性能。
然后，采用冲击试验机对试样进行低速冲击测试，通过记录试样的冲击强度和破坏形态，评价复合材料的抗低速冲击性能。
3. 结果与讨论实验结果表明，通过调整复合材料的纤维取向和树脂浸润程度，可以显著改善材料的抗低速冲击性能。
当纤维取向与冲击方向垂直时，复合材料具有最佳的抗冲击性能。
此外，增加树脂的浸润程度可以提高材料的韧性，从而减少材料的破坏程度。
因此，合理控制复合材料的制备工艺，可以有效提高材料的抗低速冲击性能。
4. 结论本研究通过对抗低速冲击复合材料的制备及性能进行研究，发现了一种提高材料抗低速冲击性能的有效方法。
通过调整纤维取向和树脂浸润程度，可以显著改善材料的抗冲击性能。
这一研究成果对于提高复合材料在航空、汽车等领域的应用价值具有重要的意义，并为进一步研究提供了理论和实验基础。
低速冲击后复合材料层合板的压缩破坏行为
A CTA M A T ER I A E COM PO S ITA E S I N ICA
第 18 卷 第 1 期 2 月 2001 年
Vol . 18 N o. 1 Feb ruary 2001
文章编号: 100023851 ( 2001) 0120115205
收稿日期: 1999207215; 收修改稿日期: 1999209206 基金项目: 航空科学基金资助项目 (96B51017) 作者介绍: 程小全 (1967) , 男, 博士, 副研究员, 研究方向主要有复合材料力学、 复合材料损伤力学、 耐久性及损伤容限设计等。
・116・
复 合 材 料 学 报 表 2 不同能量冲击后板的前表面凹陷深度
试件的铺层
[ [ 45 02 - 45 902 - 45 0 45 90 ] S ] S [ [ 45 - 45 0 - 45 0 45 90 45 0 - 45 ] S ] S [ [ 45 0 - 45 0 - 45 0 45 0 90 0 ]S ] S [ [ 45 0 - 45 902 - 45 0 45 ] S ] S [ - 45 90 45 0 ] 4S
[ 1, 5 ] [1]
损伤 [ 3～ 5 ]。由于测试手段的限制, 对冲击后层合板的 压缩破坏机理了解得还不十分清楚。 目前已有的对 低速冲击后层合板压缩破坏机理的描述大致有三 类, 并有三种压缩破坏的分析模拟方法 [ 1 ]: ( 1) 软化 夹杂法, 将冲击损伤等效成规则形状的软化夹杂, 然 后用应力准则、 应变准则或其它准则判定板的失效; ( 2 ) 子层屈曲法, 把冲击损伤看成是大小不同的多 个矩形分层, 认为压缩破坏过程是各子层的屈曲, 当
低速冲击后复合材料层合板的压缩破坏行为
复合材料低速冲击损伤研究现状
复合材料低速冲击损伤研究现状摘要：复合材料由于具有比强度高、比刚度高、优异的疲劳强度、良好的耐腐蚀性和低导热性，已广泛用于航空航天、高速列车等领域中。
但由于复合材料结构的特殊性，其抗冲击性能比较差，在制造、运行、维护和维修过程中难免会发生异物(如跑道碎屑和掉落的工具)在平面外的冲击，虽然材料表面没有明显的损伤可见，但其内部可能已经出现了分层、脱粘等形式的损伤，严重降低材料的综合性能，进而对材料的安全性有严重的影响。
本文针对近年来复合材料冲击损伤进行了综述和回顾,介绍了试验方法、模拟计算方法、层合板损伤性能表征方法。
关键词：复合材料；低速冲击；冲击损伤1.复合材料冲击试验方法目前研究复合材料低速冲击损伤大部分以落锤冲击试验来进行研究，其试验标准主要有美国复合材料协会的ASTM D7136，波音公司的SACMA SRM 2-88，中国航空工业协会的HB6739-1993等。
而运用最广泛的是ASTM D7136[1]标准，其冲头一般是半球形，被冲击式样尺寸是150mm×100mm，通过调整冲头的高度来模拟不同的低能量冲击，常见的是中心面内冲击，如图1所示。
图1 冲击示意图Fig.1 Impact test setup通过对于复合材料低速冲击的研究，许多学者得出以下结论：(1) 即使在低能量的冲击下，复合材料也极易受到横向载荷引起的内部损伤。
面外冲击会导致弯曲变形，这会在复合材料结构上引入剪切、拉伸和压缩应力，复合材料表面在目视检查中可能看起来没有发生损坏；(2) 层合板受到冲击时，内部分层只发生在相邻层纤维方向不同的界面，并且分层损伤的形状为花生壳状；(3) 冲击损伤的初始模式取决于各种因素，如材料特性、边界条件、冲头形状、试验件形状和加载条件；(4)冲击的位置不同，层合板发生的损伤模式有着很大的不同。
2.复合材料冲击损伤分析理论目前，对于复合材料在工程实际应用的受力分析，大多学者主要采用的是三维渐进损伤方法，通过这种方法可以比较清楚地了解层合板产生损伤后的应力重新分布情况以及其损伤缓慢发展的过程。
FRP层合板低速冲击损伤特性研究现状与展望
FR M N FRP 层合板低速冲击损伤特性研究现状与展望张颖军,梅志远,朱锡(海军工程大学船舶与动力学院,武汉430033)摘要:纤维增强复合材料层合板(FRP )由于具有比强度高、比模量高、可设计性强等特性,在工程领域得到越来越广泛的应用。
但是低速冲击造成的损伤对层合板力学性能的影响非常显著,导致其强度和刚度下降。
本文针对近年来纤维增强复合材料层合板低速冲击作用下的损伤研究进行了综述和回顾,重点介绍了试验研究方法、模拟计算研究方法、FRP 层合板损伤性能表征方法,并对有待于进一步研究的问题进行了展望。
关键词:复合材料层合板;低速碰撞;复合材料损伤中图分类号:TB33;341文献标识码:A文章编号:1003-0999(2011)01-0052-07收稿日期:20100506基金项目国家自然科学基金项目(NSF 5)作者简介张颖军(),男,博士生,主要从事舰船结构抗爆抗冲击方面的研究。
纤维增强复合材料具有比强度和比模量高、可设计性强、耐疲劳性好等特点,在工程中得到越来越广泛的应用,但由于复合材料本身对低速冲击比较敏感,使得复合材料层合板在受到外物冲击后很容易出现损伤。
近年来许多研究者[1~4]采用试验研究、数值仿真和理论分析的方法,对纤维增强复合材料损伤产生的阀值、损伤模式、损伤扩展机理、冲击损伤后复合材料层合结构力学性能的衰减等方面进行了深入的理论和试验研究。
总的来说,纤维增强复合材料低速冲击损伤在宏观层面上的研究取得了很大的成果,在实验研究方面,构建了较为完善的复合材料损伤试验标准体系,充分运用了多种损伤检测技术,建立了基于各种试验测试量的唯象分析模型;在理论计算研究方面,研究者基于传统的复合材料最大应力失效准则,发展了针对三维复合材料结构的失效判据和材料性能衰减规律,并成功建立了复合材料冲击损伤模型。
但是,影响复合材料层合结构冲击损伤破坏模式及损伤产生和扩展的因素很多,仅靠少量实验来确定普遍适用的数学和力学模型是十分困难的,因此基于宏观力学分析或者唯象分析建立的模型,一般来说普适性不强,甚至材料参数或结构稍有改变就会出现较大的偏差,例如文献[1]和文献[4]对冲击后剩余拉伸强度的研究结果差异比较大。
《低速冲击荷载作用下叠合构件力学性能数值模拟》
《低速冲击荷载作用下叠合构件力学性能数值模拟》篇一一、引言随着现代工程技术的不断发展，叠合构件在建筑、桥梁、车辆等工程领域中的应用越来越广泛。
然而，在低速冲击荷载作用下，叠合构件的力学性能往往受到严峻的挑战。
因此，对低速冲击荷载作用下叠合构件的力学性能进行数值模拟研究，对于提高工程结构的安全性和可靠性具有重要意义。
本文通过数值模拟方法，对低速冲击荷载作用下叠合构件的力学性能进行了深入研究，以期为工程实践提供理论依据。
二、数值模拟方法在低速冲击荷载作用下，叠合构件的力学性能受到多种因素的影响，如材料性能、构件尺寸、冲击速度等。
为了更准确地模拟叠合构件在低速冲击荷载下的力学性能，本文采用了有限元法进行数值模拟。
有限元法是一种有效的数值模拟方法，能够有效地解决复杂的工程问题。
在本次数值模拟中，我们首先建立了叠合构件的有限元模型，然后设置了合理的材料参数和边界条件，最后通过施加低速冲击荷载，对叠合构件的力学性能进行了模拟。
三、模拟结果与分析1. 模型建立与参数设置在本次数值模拟中，我们建立了叠合构件的二维有限元模型。
模型中包括了叠合构件的几何尺寸、材料属性以及边界条件等参数。
为了更好地反映实际情况，我们采用了与实际工程中相同的材料参数和尺寸参数。
2. 模拟过程与结果在低速冲击荷载作用下，叠合构件的变形和应力分布情况是本文关注的重点。
通过数值模拟，我们得到了叠合构件在低速冲击荷载作用下的变形图和应力分布图。
从模拟结果可以看出，在低速冲击荷载作用下，叠合构件发生了明显的变形，并且产生了较大的应力。
然而，由于叠合构件的材料性能和结构特点，使得其在低速冲击荷载下具有一定的吸能和缓冲作用，从而减小了构件的损坏程度。
3. 结果分析通过对模拟结果的分析，我们发现叠合构件的力学性能受到多种因素的影响。
首先，材料性能是影响叠合构件力学性能的重要因素。
不同材料的叠合构件在低速冲击荷载下的力学性能存在较大差异。
其次，构件尺寸也对叠合构件的力学性能产生影响。
碳纤维复合材料层压板低速冲击试验研究
碳纤维复合材料层压板低速冲击试验研究竺铝涛;张发【摘要】为研究复合材料不同铺层结构的抗冲击性能,采用碳纤维预浸料制备了单向[0°]8和正交[0/90]2s铺层2种不同结构的碳纤维复合材料层压板,并使用Instron 9250落锤冲击测试仪测试其低速冲击性能,得到了载荷-时间曲线,分析了2种不同铺层方式的复合材料层压板的低速冲击加载力学性能,得到复合材料层压板的破坏形态来分析其破坏方式.结果表明:2种铺层方式产生了不同的破坏模式,正交[0/90]2s的复合材料层压板的抗低速冲击能力要优于单向[0°]8铺层的.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2015(041)001【总页数】4页(P85-88)【关键词】碳纤维预浸料;层压板;低速冲击;复合材料;破坏形式;冲击响应;铺层【作者】竺铝涛;张发【作者单位】中国石化上海石油化工股份有限公司,上海200540;东华大学纺织学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】V214.8碳纤维复合材料由于具有质量轻、强度高、抗疲劳性能好和可设计性强等优点，在航空航天领域得到了越来越广泛地应用。
但是在实际制造、维修和应用中，纤维复合材料存在着共同的弱点，即对冲击载荷引起的损伤比较敏感。
特别是外物的低速冲击载荷作用在其内部形成“不易察觉的各种损伤”，如层间脱层、基体开裂和纤维断裂等。
该损伤范围大且在材料内部不易被发现，但会使复合材料的力学性能严重退化[1-6]，强度可削弱35%～40%[7]，从而导致结构承载能力大大降低。
相对于高速冲击所造成的穿透损伤而言，低速冲击具有很大的潜在危害性和安全隐患，且此类冲击在生产、使用过程中更普遍[8-9]。
因此，理解复合材料层压板的低速冲击损伤及冲击后的力学性能对有效地进行复合材料结构设计具有重要的理论意义与工程价值。
国内外对复合材料低速冲击进行研究时，分析了冲头直径和形状、冲击角度、冲击物质量和材料、冲击能量、对材料的冲击损伤破坏、以及对材料不同结构的低速冲击损伤模式进行了大量的试验研究[10-15]。
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１ 引 言
纤 维增 强树 脂基 复 合材 料 由于具 有 高 的 比刚度 和 比强 度 、 抗 疲 劳性 能好 及 良好 的可 设 计 性 等 优 点 得 到 了广泛 应 用 。然 而 ， 复 合 材 料 结 构 在 使 用 过 程 中会 经 常遇 到 冲击 问题 ， 如 飞鸟 的撞击 、 维 修 时不慎 掉落 的工具 和跑 道 上 溅 起 的 沙 石 等 ， 这 些 冲 击 常使
第 ３期
纤
维
复
合
材
料
Ｎｏ ． ３
１ ７
２ ０ １ ３年 ９月
ＦＩ ＢＥ Ｒ Ｃｏ Ｍ Ｐｏ ＳＩ ＴＥＳ
Ｓ ｅ ｐ ．， ２ ０ １ ３
复 合 材 料 层 合 板 低 速 冲 击 后 的 力 学 性 能 试 验 研 究
邓 立伟 ， 陈新 文 ， 王 海 鹏 ， 罗 舒
（ １ ． Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ａ ｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ９ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
（ ２ ． Ａ ｖ ｉ ｃ Ｔ ｏ ｕ ｃ ｈ ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ Ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
复合 材料 内部 产 生 严 重 的 基 体 开裂 、 分 层 以板 在不 同 冲击能 量下
Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ Ｌａ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｓ
ａ ｆ ｔ ｅ ｒ Ｌｏ ｗ —ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ Ｉ ｍ ｐａ ｃ ｔ
ＤＥＮＧ Ｌ ｉ ｗｅ ｉ ， ＣＨＥＮ Ｘｉ ｎ ｗｅ ｎ ， Ｗ ＡＮＧ Ｈａ ｉ ｐ ｅ ｎ ｇ ， Ｌ ＵＯ Ｓ ｈｕ
ＡＢ ＳＴＲＡＣＴ Ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅ 、 ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｌ ｆ ｅ ｘ ｕ ｒ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｗｅ ｒ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ５ ２ ２ ４ ／ Ｃ Ｆ ３ ０ ５ ２ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｗ ｅ ａ ｖ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｌ ａ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｓ
探讨 了层合板 在冲击试验过程 中的损伤 过程 、 特征 和机理 ； 分析 了凹坑深度对层合 板冲击后拉 伸、 压缩 和弯 曲强 度
的影 响规律 。结果表明 ： 冲击 后拉伸 、 压缩及 弯曲强度降 幅分别为 ６ ０ ． ９ ％、 ５ ０ ． ４ ％及 ２ ８ ． ４ ％， 冲击后拉 伸强度 降幅 最大 ， 应引起注意 。与 冲击后 压缩试验结果类似 ， 凹坑深度与冲击后拉伸 、 弯曲剩余强度关系曲线存在拐点现象。 关键 词 复合 材料层合板 ； 低 速冲击 ； 冲击损伤 ； 剩余 强度
（ １ ． 北 京 航 空 材料 研 究 院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ９ ５ ） （ ２ ． 中航试金石检测科技有限公 司， 北京 １ ０ ｏ ０ ０ ０ ）
摘
要 对特 定铺 层的 ５ ２ ２ ４ ／ Ｃ Ｆ ３ ０ ５ ２ 平 纹织物复合材 料层合板 进行 了低速 冲击和 冲击后拉伸 、 压 缩及弯 曲试验 。
ｒ ｅ ｓ ｕ ｈ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ｏ ｆ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅ 、 ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｌ ｆ ｅ ｘ ｕ ｒ ｌ ａ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｔｈ ｇ ｗ ｅ ｒ ｅ ６ ０ ． ９ ％ ， ５ ０． ４ ％ ， ａ ｎ ｄ ２ ８ ． ４ ％ ， ｔ ｈ ｅ