国产复合材料冲击损伤容限可靠性分析

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第八章-复合材料结构耐久性损伤容限设计4-3

课题第八章复合材料结构耐久性损伤容限设计（三）目的与要求提高零部件耐久性/损伤容限的特殊设计方法和材料使用因素损伤容限分析和疲劳特性概述了解耐久性/损伤容限设计实例复合材料制件的疲劳特性分析方法重点损伤容限分析和疲劳特性概述复合材料制件的疲劳特性分析方法难点复合材料制件的疲劳特性分析方法教具复习提问耐久性/损伤容限设计的特点是什么？复合材料制件的疲劳特性分析方法有哪些？新知识点考查损伤容限分析和疲劳特性布置作业课堂布置课后回忆损伤容限分析和疲劳特性？复合材料制件的疲劳特性分析方法有哪些？备注教员1.提高零部件耐久性/损伤容限的特殊设计方法1.1.损伤的极限1.1.1通常损伤程度●碳纤维复合材料存在缺陷/损伤时，因其强度下降时可能高达60%左右，因此按照损伤容限设计的结构厂采取较低的许用值进行控制，一般情况不超过4000μξ。

●零部件强度的下降必定导致系统性能的下降，设计过程中使用的降低了的许用值，必定不能充分发挥材料的最大性能，不但影响了设计的效率，而且给工艺制造过程和质量控制造成过大的裕度和能源浪费。

1.1.2当前的设计目标●为了充分发挥复合材料的潜在优势，近年来国内外提高了损伤容限，也提高设计许用值。

●从最初设计阶段、工艺制造过程和质量控制方面综合考察，要求设计许用值达到6000μξ。

●根据国外的相关报道，经过数年的科研工作，在飞机设计方面采用的复合材料构件已经达到上述要求。

✧机翼结构设计的拉、压设计许用应变值提高到6000μξ；✧剪切应变值提高10000μξ。

1.1.3设计思想●提高结构的抗损伤能力✧抑制损伤的形式；✧减少损伤范围，如减少冲击的区域；✧抑制或阻止损伤进一步发生。

●提高结构包容损伤的能力✧提高复合材料结构受损后的剩余强度和疲劳强度/疲劳寿命；✧采用更先进的复合材料成形技术，增加制件自身的性能；✧使用强度更高的体积材料和增强材料，保证“原材料”的性能；✧采用合理的浸润工艺，提高界面相的性能。

复合材料冲击损伤截止能量概率统计

复合材料冲击损伤截止能量概率统计1. 引言复合材料作为一种重要的结构材料，被广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。

然而，在复合材料的使用过程中，由于外力冲击等原因可能会导致损伤，这对材料的性能和寿命产生负面影响。

了解复合材料冲击损伤截止能量的概率分布规律，对于设计更可靠的结构以及合理的材料选择具有重要意义。

2. 冲击损伤与复合材料2.1 冲击损伤的机理复合材料的冲击损伤主要包括纤维断裂、基体裂纹扩展、界面剥离等。

其中，纤维断裂是最常见的损伤形式。

冲击载荷会使得纤维产生局部应力集中，当应力达到其强度时，纤维会发生断裂。

基体裂纹扩展和界面剥离则是由于冲击载荷引起的应力和应变集中，导致材料的破坏。

2.2 复合材料的耐冲击性能评价方法评价复合材料的耐冲击性能时，常用的方法包括冲击试验、数值模拟和实验观察等。

冲击试验可以直接测量材料在不同冲击载荷下的破坏行为，但由于试验成本较高且时间耗费较长，往往只能针对少量样品进行。

数值模拟可以对复合材料的冲击响应进行预测和分析，可以模拟更多的加载条件，但其准确性仍有待提高。

实验观察是通过显微镜、扫描电镜等手段，对损伤形态和破坏方式进行观察和分析，有助于提供更详细的损伤特征信息。

3. 冲击损伤截止能量概率统计方法为了获得复合材料的冲击损伤截止能量概率分布，常用的统计方法包括概率密度函数（PDF）、累积分布函数（CDF）、均值和方差等。

3.1 概率密度函数（PDF）概率密度函数可以描述冲击损伤截止能量在某一给定值附近的概率分布情况。

通过测量冲击试验中的能量吸收曲线，可以计算出截止能量处的概率密度函数。

而冲击能量的概率密度函数则可以通过统计多个试样的结果获得，从而更全面地描述复合材料的耐冲击性能。

3.2 累积分布函数（CDF）累积分布函数可以计算出冲击损伤截止能量小于某一给定值的概率。

通过冲击试验的能量吸收曲线，可以计算出冲击能量的CDF。

CDF可以提供更详细的信息，例如低能量冲击下材料的表现和高能量冲击下的破坏情况。

T300级复合材料冲击容限和拉伸强度

T300级复合材料冲击容限和拉伸强度编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（T300级复合材料冲击容限和拉伸强度）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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T300级复合材料冲击容限和拉伸强度北京航空航天大学附属中学成员：崔容熊天宇张子琪指导教师：魏云波（以上姓名排序皆按照姓氏字母顺序)摘要:采用落锤式冲击台冲击了国产T300复合材料层板，测量冲击高度与冲击凹坑深度的关系。

采用高频疲劳力学试验机对冲击后的复合材料层板进行了压缩强度试验，测定了冲击凹坑深度与压缩剩余强度之间的关系,对复合材料层板的冲击损伤及其强度有深入的了解,验证了前人的猜想，得到了关于冲击凹坑深度、冲击能量、压缩（拉伸）强度的关系，这大大方便了实际中的简便计算.关键词： T300级复合材料冲击损伤容限拉伸强度一、前言1.研究背景:目前冲击损伤是飞机结构强度设计中一个非常重要的问题.飞机在实际飞行中由冰雹，鸟撞或者在维修过程中不经意都会对连接件产生一定程度的冲击损伤，并且在连接件材料的表面留有一定的破坏凹坑或表面拉伸。

而且，现如今，复合材料在飞机上的运用越来越受重视，了解复合材料的冲击性能就尤为显得重要。

本实验探究冲击损伤与凹坑深度之间的内在联系还有材料本身拉伸强度的结构特性.就在不久前，应用了T300级复合材料的我国国产猎鹰06高教机准备投入实现首次装机件试制。

T300复合材料属环氧基碳纤维增强复合材料。

由碳纤维和树脂结合而成的复合材料由于具有比重小、韧性好和强度高、比强度高、比模量高、密度小、耐热、耐低温、优异的热物理性能、化学稳定性以及材料性能可设计等优点，已广泛应用于航天、航空、体育休闲和工业领域。

复合材料的冲击、损伤容限和吸能-12

利用有限元软件，进行计算的过程
研究结果表面：在冲头上升前损伤面积最大，并发现层合复合材料的损伤面积与撞击能有很好的线性关系。
Hopkinson法冲击实验原理
如其核心部分是两段分离的弹性压杆: 输入和输出杆。
子弹以一定的速度撞击输入杆,在其中产生一入射脉冲 i ,
试样在该应力脉冲作用下被高速压缩变形,同时向输出杆传播
一透射波 t 和向输入杆返回一反射波 r 。
根据SHPB 实验的一维假定和均匀性假定,利用一维应力波理论可得试样的应变率εt (t) 、应变ε( t) 以及应力σ( t) :
主要可分为如下几种： • 摆锤式冲击试验(包括简支梁型和悬臂梁型) • 落锤式冲击试验 • 弹射式实验装置 • Hopkinson压杆实验装置 • 简支梁型冲击试验是摆锤打击简支梁试样的中央； • 悬臂梁法则是用摆锤打击有缺口的悬臂梁试样的
自由端。
摆锤式实验的特点
摆锤式冲击试验试样破坏所需的能量实际上无法测定。试验所测得的除了产生裂缝所需的能量及使裂缝扩展到整个试样所需的能量以外，还要加上使材料发生永久变形的能量和把断裂的试样碎片抛出去的能量。把断裂试样碎片抛出的能量与材料的韧性完全无关，但它却占据了所测总能量中的一部分。
需要确定如下物理量；
• 冲击载荷输入历程和大小； • 结构载荷响应历程、大小和分布； • 结构位移响应历程、大小和分布； • 测量的应变率响应特点
Hopkinson Pressure Bar
飞机上的缓冲吸能部件（结构）
各类吸能结构
各类吸能结构
各类吸能结构
各类吸能结构
各种缓冲结构的吸能比较
A 0 : 试样初始截面积 l 0 : 试样初始长度

复合材料的抗冲击性能与性能优化

复合材料的抗冲击性能与性能优化在现代工程领域中，复合材料因其卓越的性能而备受关注。

其中，抗冲击性能是衡量复合材料质量和适用性的关键指标之一。

复合材料的抗冲击性能不仅关系到其在各种应用场景中的可靠性和安全性，还直接影响着相关产品的使用寿命和成本效益。

复合材料通常由两种或两种以上不同性质的材料组成，通过特定的工艺和方法结合在一起，从而获得单一材料所不具备的优异性能。

这些材料在微观层面上相互作用，共同决定了复合材料的整体性能。

而抗冲击性能则取决于材料的成分、结构、制造工艺以及所承受的冲击类型和强度等多种因素。

从材料成分的角度来看，增强纤维和基体材料的选择对复合材料的抗冲击性能起着至关重要的作用。

常见的增强纤维如碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维等，具有高强度和高模量的特点，能够有效地承担冲击载荷并传递应力。

而基体材料如环氧树脂、聚酯树脂等则负责将纤维粘结在一起，并在冲击过程中吸收部分能量。

不同类型的纤维和基体材料组合会产生不同的抗冲击效果。

例如，碳纤维增强环氧树脂复合材料具有较高的强度和刚度，但抗冲击性能相对较弱；而玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料则在抗冲击性能方面表现较为出色。

复合材料的结构设计也是影响其抗冲击性能的重要因素之一。

合理的结构设计可以有效地分散和吸收冲击能量，减少局部应力集中，从而提高材料的抗冲击能力。

例如，采用夹层结构、蜂窝结构或梯度结构等，可以在不显著增加材料重量的情况下显著提高其抗冲击性能。

此外，通过优化纤维的排列方式和铺层角度，也可以使复合材料在不同方向上具有更好的抗冲击性能。

制造工艺对复合材料的抗冲击性能同样有着不可忽视的影响。

在复合材料的制备过程中，工艺参数如温度、压力、固化时间等都会影响到材料的微观结构和性能。

例如，过高的温度和压力可能导致纤维损伤和基体老化，从而降低复合材料的抗冲击性能；而不恰当的固化时间则可能导致基体未完全固化，影响材料的整体性和力学性能。

因此，精确控制制造工艺参数对于获得具有良好抗冲击性能的复合材料至关重要。

复合材料层合板冲击损伤剩余强度分析

复合材料层合板冲击损伤剩余强度分析何周理，李旭辉（中国商飞上海飞机设计研究院，上海201210）摘要：民用飞机复合材料结构设计时必须考虑复合材料层合板的冲击损伤。

通过试验测量和数值模拟两种方法分析碳纤维增强复合材料层合板低速冲击损伤后的剩余压缩强度，试验采用标准试验规范进行测量，数值模拟分析采用层内渐进损伤模型和层间Cohsive模型模拟分析层合板冲击损伤以及剩余压缩强度。

数值模拟与试验结果对比表明，该数值模拟分析方法的有效性，为民用飞机复合材料结构设计时预测和计算复合材料层合板的剩余强度提供方法。

关键词：复合材料层合板；冲击损伤；剩余压缩强度；数值模拟中图分类号：TB338；V214.4文献标识码：A文章编号：1007-9915（2021）02-0015-06 Residual Strengti Analysit of Impacl DamaaeU Composite LaminateoHE Zhonli-LU XiiUni(COMAC SSaaaai AircraOt Desina ant Resexrca Institutx,SSaaaai221010)Abstrrcl:The impdct damaae of composite laminateo must be consieerea in the design of civil aircratt composite strecturea.Two methona,test mesuemeat ant namericyl aimulation,are usc V lo analyae the residual compressive strenath of cyreon00x0reinforcee composite laminatesaaee low velocito impac-damaae.The test it stant-p0experiment,ant the namericol simulation analysis m corrieV ont by usinf the prooressive damaae monel in lami-aaesiaadynhsinesmndsibsewssaiamnaaesi4Thsynmpaeninabsewssaesieesiuieiaadaumsenyaiinmuiaennaihnwi that the namericol simulation methon is effective；whicO provides a methon On preVictina ant colcolatina the residu-aiiieeaeihntynmpninieiamnaaieinaynenianeyeatiynmpninieiieuyiueedeinea4Key words:composite laminates；impad damaae；residualcompressive strenfth；numericol simulation度、重量轻、可设计性等特点，目前已在航空、0前言航天等领域得到了广泛的应用［°0然而在飞机复合材料构件的生产和使用中，各类工具的掉落、纤维增强复合材料由于其高比强度、高比刚跑道上的杂物、冰雹等形成的冲击以及其他各种作者简介：何周理（1993—）男，汉，硕士，高级工程师，主要从事民用飞机复合材料结构设计、研究工作，电子邮箱：hezhoUi@ comae,ccH年高科技纤维与应用11第2期意外撞击都可能造成复合材料构件内部损伤，导致复合材料构件的承载能力大幅下降，对结构的安全性造成潜在的威胁2。

复合材料的抗冲击性能研究

复合材料的抗冲击性能研究嘿，咱今天就来好好聊聊复合材料的抗冲击性能！先给您说个事儿啊，我前阵子去一个工厂参观，看到他们正在生产一种新型的复合材料产品。

那场面，机器轰鸣，工人们忙得热火朝天。

我特别留意了其中一个环节，就是对刚生产出来的复合材料进行抗冲击性能测试。

只见那测试的机器“哐哐”地运作着，把一个重物一次次砸向材料，我在旁边那心都跟着提到嗓子眼儿了。

要说这复合材料的抗冲击性能，那可是相当重要！想象一下，要是汽车的零部件用的复合材料抗冲击性能不行，万一出个小碰撞，那后果不堪设想。

还有飞机的某些结构，如果扛不住冲击，在空中那得多危险呐！从小学到高中的教材里，虽然不会讲得这么深入和专业，但也为我们理解这个概念打下了基础。

比如说，在物理课上，我们会学到力的作用、能量的转换，这些知识其实都和复合材料的抗冲击性能有着千丝万缕的联系。

就拿力的作用来说吧，当冲击发生时，力会在瞬间作用在复合材料上。

如果这材料的结构不合理，或者材质不够坚韧，那很容易就会出现裂缝、破损。

而如果材料经过精心设计，能够有效地分散和吸收冲击力，那它就能经受住考验。

这就好比我们拔河，力往一处使的时候就容易赢，但要是力量分散了，可能就会输。

再说说能量的转换。

冲击带来的能量是巨大的，复合材料得有本事把这股强大的能量给化解掉。

有的材料可以通过变形来吸收能量，就像一个弹簧，被压缩的时候储存能量；有的材料则能通过内部的结构变化，把能量转化为热能或者其他形式散发出去。

化学课上呢，我们会了解到材料的成分和化学反应。

不同的成分组合在一起，会让复合材料具有不同的性质。

有些化学元素的加入，能够增强材料的强度和韧性，从而提高抗冲击性能。

比如说碳纤维增强复合材料，碳纤维本身就具有很高的强度和刚度，再和合适的树脂结合，那抗冲击性能简直杠杠的。

这就好像是一个团队，每个成员都有自己的特长，组合在一起就能发挥出超强的实力。

在数学课上，我们会通过计算和数据分析来评估复合材料的抗冲击性能。

复合材料结构损伤容限设计的两个关键参数

复合材料结构损伤容限设计的两个关键参数＊冯振宇，郝　鹏，邹田春（中国民航大学航空工程学院，天津３００３００）摘要综合分析研究了复合材料飞机结构损伤设计和合格审定中的两个关键参数（损伤尺寸参数和冲击能量截止值）。

研究结果表明，当复合材料结构损伤阻抗较低时，可按损伤尺寸（采用冲击凹陷深度表征）确定损伤结构的剩余强度；当复合材料结构损伤阻抗较高时，可按冲击能量截止值确定损伤结构的剩余强度。

为民用飞机复合材料结构设计和合格审定提供了参考。

关键词飞机结构　复合材料　损伤容限　设计参数Ｔｗｏ　Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｄａｍａｇｅ　Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ＤｅｓｉｇｎＦＥＮＧ　Ｚｈｅｎｙｕ，ＨＡＯ　Ｐｅｎｇ，ＺＯＵ　Ｔｉａｎｃｈｕｎ（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｉｖｉｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００３００）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｗｏ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ（ｄａｍａｇｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　ｃｕｔ－ｏｆｆ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｉｍｐａｃｔ　ｅｎｅｒｇｙ）ｉｎ　ａｉｒｃｒａｆｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄａｍａｇｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ａｉｒｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ　ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔｗｈｅｎ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄａｍａｇｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｉｓ　ｌｏｗｅｒ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｄａｍａｇｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄａｍ－ａｇｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ（ｕｓｉｎｇ　ｉｍｐａｃｔ　ｄｅｎｔ　ｄｅｐｔｈ　ｔｏ　ｉｎｄｉｃａｔｅ），ａｎｄ　ｗｈｅｎ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄａｍａｇｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ，ｄｅｔｅｒ－ｍｉｎｉｎｇ　ｄａｍａｇｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｕｔ－ｏｆｆ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｉｍｐａｃｔ　ｅｎｅｒｇｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｈａｖｅ　ｇｏｏｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｆｏｒ　ｃｉｖｉｌ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓａｉｒｃｒａｆｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，ｄａｍａｇｅ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ，ｄｅｓｉｇｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　＊中国民航局科技项目（ＭＨＲＤＺ２０１０１０）　冯振宇：男，１９６６年生，博士生，主要研究方向为复合材料结构损伤容限设计复合材料结构对冲击损伤是极为敏感的，严重的冲击损伤可明显降低复合材料结构静强度。

复合材料的抗冲击性能与评估

复合材料的抗冲击性能与评估在现代工程领域，复合材料因其优异的性能而得到了广泛的应用。

其中，抗冲击性能是评估复合材料质量和适用性的关键指标之一。

了解复合材料的抗冲击性能以及如何准确评估它，对于确保材料在各种工况下的可靠性和安全性具有重要意义。

复合材料通常由两种或更多种不同性质的材料组合而成，这些材料相互协同，赋予了复合材料独特的性能。

与传统的单一材料相比，复合材料在抗冲击方面往往表现出更出色的性能。

这是由于其内部的纤维增强相能够有效地吸收和分散冲击能量，减少材料的破坏程度。

要评估复合材料的抗冲击性能，首先需要考虑冲击的类型和特点。

常见的冲击类型包括低速冲击、高速冲击和爆炸冲击等。

低速冲击通常发生在日常生活和工业生产中的碰撞、跌落等情况，其能量相对较低，但可能会导致材料内部产生微小的损伤，这些损伤在长期使用过程中可能逐渐扩展，影响材料的整体性能。

高速冲击则常见于航空航天、军事等领域，其能量巨大，对材料的破坏更为严重，往往会导致材料瞬间失效。

爆炸冲击则是一种极端情况，对材料的抗冲击能力提出了极高的要求。

在评估复合材料抗冲击性能的实验方法中，落锤冲击试验是一种常用的手段。

通过将一定质量的落锤从不同高度自由落下，撞击复合材料试样，测量冲击过程中的能量吸收、损伤形态和剩余强度等参数，可以直观地了解材料的抗冲击能力。

此外，还有冲击拉伸试验、冲击压缩试验等方法，分别用于评估材料在不同应力状态下的抗冲击性能。

除了实验方法，数值模拟也是研究复合材料抗冲击性能的重要手段。

通过建立复合材料的微观结构模型，利用有限元分析等方法，可以预测材料在冲击载荷下的应力分布、损伤演化和失效模式。

数值模拟能够节省实验成本，缩短研究周期，并且可以对一些难以通过实验直接观测的现象进行分析。

复合材料的抗冲击性能受到多种因素的影响。

首先是材料的组成，包括基体材料和增强纤维的种类、性能和含量。

例如，碳纤维增强复合材料具有较高的强度和刚度，但其抗冲击性能相对较差；而玻璃纤维增强复合材料在抗冲击方面表现较好，但强度和刚度相对较低。

复合材料的抗冲击性能研究

复合材料的抗冲击性能研究在当今的材料科学领域，复合材料因其独特的性能组合而备受关注。

其中，抗冲击性能是复合材料在众多应用场景中至关重要的一项性能指标。

无论是航空航天领域中面临极端环境的飞行器结构，还是汽车工业中追求轻量化与安全性兼顾的零部件，又或是体育用品中对耐用性有高要求的装备，复合材料的抗冲击性能都直接影响着产品的质量和可靠性。

复合材料是由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的材料组合而成的多相材料。

常见的复合材料包括纤维增强复合材料（如碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料）和颗粒增强复合材料等。

这些不同的组成成分相互协同作用，赋予了复合材料优异的性能。

纤维增强复合材料中，纤维通常承担着主要的载荷，而基体则起到传递载荷、保护纤维以及提供韧性的作用。

在受到冲击时，纤维能够有效地吸收和分散能量，从而提高材料的抗冲击性能。

碳纤维具有高强度和高模量的特点，使得碳纤维增强复合材料在抗冲击性能方面表现出色；玻璃纤维则相对成本较低，在一些对性能要求不是极其苛刻的应用中也能发挥较好的作用。

颗粒增强复合材料则是通过在基体中均匀分布的硬质颗粒来提高材料的强度和硬度，进而改善其抗冲击性能。

然而，颗粒的大小、形状、分布以及与基体的结合强度等因素都会对复合材料的抗冲击性能产生显著影响。

影响复合材料抗冲击性能的因素众多。

首先是材料的组成成分，包括增强体的类型、含量、尺寸和分布，以及基体的性质等。

例如，增加增强体的含量通常可以提高复合材料的强度和刚度，但过多的增强体可能会导致材料的韧性下降，从而对其抗冲击性能产生不利影响。

其次，复合材料的制造工艺也至关重要。

不同的制造工艺会导致复合材料内部的微观结构差异，进而影响其性能。

例如，采用真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺制备的复合材料，其纤维浸润效果较好，孔隙率低，因而抗冲击性能相对较高；而手工铺层工艺则可能由于人为因素导致材料性能的不稳定。

此外，冲击条件也是影响复合材料抗冲击性能的重要因素。

复合材料层合板损伤容限敏感性参数研究

第丨期纤维复合材料No.I36 2021 年3 月FIBER COMPOSITES Mar. 2021复合材料层合板损伤容限敏感性参数研究武海鹏，韩琳(哈尔滨玻璃钢研究院有限公司，哈尔滨150028)摘要本文针对碳纤维增强复合材料层合板冲击下的损伤容限参数敏感性进行分析。

对复合材料层合板损伤容限的影响参数、纤维角度、铺层顺序、层合板厚度、冲击速度和冲击角度等进行冲击损伤仿真，采用蔡-吴强度准则评价层合板冲击的剩余强度，并对各参数影响的敏感性排序，确定纤维角度和铺层顺序为复合材料层合板冲击下损伤容限的敏感参数。

关键词复合材料；损伤容限；冲击；敏感性参数Research on the Damage Tolerance SensitiveParameters of Composite LaminateWU Haipeng, HAN Lin(Harbin FRP Institute Co. ,Ltd. ,Harbin 150028)ABSTRACT This article aims on the analysis of the damage tolerance sensitive parameters of carbon fiber reinforced laminate under impact. The test simulates the impact damage on damage tolerance effective parameters of composite laminate, fiber orientation, ply stacking sequence, thickness of laminate, impact velocity and impact angle, using the Tsai -Wu strength criterion to evaluate the residual strength of laminate impact and sequencing all parameters *effective sensibility，and confirmed that fiber orientation and ply stacking sequence are the sensitive parameter of damage tolerance of composite laminate under impact.KEYWORDS composite material ；damage tolerance；impact；sensitive parameter1引言由于复合材料质量轻、强度高，因此在航空航天领域得到了广泛的应用，但复合材料层合板结构在使用和维护过程中容易受到低能量载荷冲击，如冰雹碎石的冲击、维修时工具的坠落等。

复合材料的抗冲击性能与性能评估

复合材料的抗冲击性能与性能评估在当今的工程领域中，复合材料因其优异的性能而备受关注。

其中，抗冲击性能是评估复合材料质量和适用性的关键指标之一。

理解复合材料的抗冲击性能以及如何准确评估它，对于材料的研发、应用和优化具有重要意义。

复合材料通常由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的材料组成，通过特定的工艺结合在一起，以获得比单一材料更出色的综合性能。

这种独特的结构赋予了复合材料在抗冲击方面的独特表现。

抗冲击性能反映了材料在受到突然的、高强度的冲击载荷时吸收能量、抵抗破坏和保持结构完整性的能力。

良好的抗冲击性能意味着材料能够在冲击事件中减少损伤，避免灾难性的失效，并维持其预期的功能。

影响复合材料抗冲击性能的因素众多。

首先是材料的组成，包括增强纤维和基体材料的种类、性能和比例。

例如，碳纤维增强复合材料通常具有较高的强度和刚度，但在抗冲击性能方面可能不如玻璃纤维增强复合材料。

纤维的长度、直径和分布方式也会对抗冲击性能产生显著影响。

较长且均匀分布的纤维能够更有效地传递和分散冲击能量，从而提高材料的抗冲击能力。

基体材料的性质同样关键。

它不仅要起到粘结纤维的作用，还要与纤维协同工作，共同承受冲击载荷。

基体的韧性、强度和断裂伸长率等性能直接关系到复合材料的抗冲击表现。

此外，纤维与基体之间的界面结合强度也对冲击性能有着重要影响。

良好的界面结合能够确保在冲击过程中纤维与基体之间的载荷传递高效且稳定，避免过早的脱粘和失效。

复合材料的制造工艺也会对其抗冲击性能产生不可忽视的影响。

不同的成型方法，如手糊成型、模压成型、缠绕成型等，会导致材料内部的纤维分布、孔隙率和残余应力等存在差异，进而影响其抗冲击性能。

为了准确评估复合材料的抗冲击性能，研究人员采用了多种实验方法和技术。

其中，常见的冲击试验包括落锤冲击试验、摆锤冲击试验和高速拉伸冲击试验等。

落锤冲击试验是一种简单而直接的方法，通过让一定质量的落锤从特定高度自由落下撞击试样，测量冲击过程中的能量吸收和损伤情况。

复合材料耐久性损伤容限设计

现有的飞机金属结构耐久性/损伤容限要求，原则上也适用于复合材料结构，但由于材料特性和破坏机理的不同，对复合材料结构有一些特殊要求，相应地在结构设计和分析过程中也会有一些与金属材料不同的特点。

金属结构的耐久性/损伤容限设计分析方法以金属断裂力学为基础，主要包括：改进的疲劳设计分析方法；确定性裂纹扩展方法；概率断裂力学法。

复合材料通常采用低应变设计和损伤无扩展概念来设计。

在试验验证和设计应用时，采用积木式设计试验验证方法。

3.1金属结构与复合材料结构的不同目前飞机复合材料结构的主要形式为由单向预浸带铺叠并固化而成的层压结构。

单向带呈现强烈的正交各向异性（沿纤维方向的性能和垂直纤维方向的性能差1-2个数量级），层压结构各向异性的另一个表现是层间性能远低于其面内性能，以及其组分材料—纤维与基体力学性能的巨大差距。

复合材料的层压板的各向异性、脆性和非均质性等特点，是复合材料层压板的失效机理与金属完全不同，因而他们的损伤、断裂和疲劳性能也有很大差别。

下表概述了影响复合材料结构与金属结构疲劳和损伤容限的主要因素。

（1）结构主要的缺陷和损伤类型裂纹是金属结构的主要损伤形式。

复合材料结构的主要缺陷/损伤形式是界面脱胶、分层和低能量（特别是低速）外来物产生的冲击损伤。

冲击损伤的威胁在于当内部产生大范围基体开裂和分层时，外表面往往仍目视不可检，但其压缩承载能力已大幅下降。

（2）复合材料结构的特殊要求：冲击损伤源：在设计时必须考虑使用引起的损伤（低能量冲击损伤等）研究它对修理、维护和功能可能产生的影响，并证实外表面不易检查出的损伤不会影响其耐久性。

重复的低能量冲击，要研究重复低能量冲击对结构耐久性影响（冰雹撞击、工具掉落或由于踩踏）。

（3）缺口敏感性金属一般都有屈服阶段，而复合材料往往直至破坏时，其应力—应变曲线仍呈现线性，所以复合材料的静强度缺口敏感性高于金属。

疲劳缺口敏感性则低于金属，其疲劳缺口系数（一定循环次数下，无缺口试件疲劳强度与含缺口疲劳强度之比）远小于静应力集中系数，并且在中长寿命情况下接近于1。

复合材料冲击

复合材料冲击复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有优异的性能，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑等领域。

复合材料具有轻质高强、抗腐蚀、抗疲劳等优点，但在受到冲击载荷时，其性能表现如何呢？本文将就复合材料在冲击载荷下的性能表现进行探讨。

首先，复合材料在冲击载荷下的性能受到多种因素的影响。

材料的种类、层序、纤维取向、树脂基体性能等都会对其冲击性能产生影响。

一般来说，碳纤维复合材料具有较好的冲击性能，而玻璃纤维复合材料的冲击性能相对较差。

此外，复合材料的层序和纤维取向也会对其冲击性能产生影响，合理的层序设计和纤维取向可以提高复合材料的冲击性能。

树脂基体的性能也是影响复合材料冲击性能的重要因素，优质的树脂基体可以提高复合材料的冲击韧性。

其次，复合材料在冲击载荷下的性能表现主要包括弯曲、挤压、剪切等方面。

当复合材料受到冲击载荷时，会产生弯曲、挤压、剪切等变形，这些变形会导致复合材料的性能下降甚至失效。

因此，研究复合材料在冲击载荷下的弯曲、挤压、剪切等性能表现对于提高其冲击性能具有重要意义。

在实际工程中，人们通常通过对复合材料进行冲击试验来研究其在冲击载荷下的性能表现，以指导工程实践。

最后，针对复合材料在冲击载荷下的性能表现，人们提出了许多改进措施。

例如，可以通过改变纤维取向、增加纤维层厚度、改进树脂基体等方式来提高复合材料的冲击性能。

此外，还可以通过设计合理的结构来减轻冲击载荷对复合材料的影响，例如增加缓冲层、增加支撑结构等。

通过这些改进措施，可以有效提高复合材料在冲击载荷下的性能表现，从而更好地满足工程实践的需求。

综上所述，复合材料在冲击载荷下的性能表现受到多种因素的影响，研究其性能表现对于提高其冲击性能具有重要意义。

通过改进材料的种类、层序、纤维取向、树脂基体等方面，可以有效提高复合材料的冲击性能，从而更好地满足工程实践的需求。

希望本文所述内容对复合材料在冲击载荷下的性能表现有所帮助。

复合材料层合板低速冲击损伤容限的改进方法和影响因素

复合材料层合板低速冲击损伤容限的改进方法和影响因素
复合材料层合板低速冲击损伤容限的改进方法和影响因素
依据笔者在这方面的研究和前人的工作,以及现有各种改进炭纤维增强树脂基复合材料冲击性能的方法,分析和总结了复合材料层合结构冲击损伤以及损伤容限,其中主要是冲击后压缩强度的重要影响因素,并且讨论了这些因素的作用.
作者：程小全吴学仁作者单位：程小全(北京航空航天大学飞机设计研究所,北京,100083;北京航空材料研究院,北京,100095) 吴学仁(北京航空材料研究院,北京,100095)
刊名：高分子材料科学与工程ISTIC EI PKU英文刊名：POLYMER MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING 年，卷(期)：2002 18(3) 分类号：O631.2+1 关键词：层间断裂韧性抗冲击性能低速冲击冲击后压缩强度损伤容限。

复合材料结构抗冲击性能分析与优化设计

复合材料结构抗冲击性能分析与优化设计一、引言随着科学技术的不断发展，材料科学领域的研究也取得了重大突破。

复合材料作为一种新型材料，具有优异的物理、力学性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程等领域。

在这些领域中，复合材料结构的抗冲击性能尤为重要，因为它直接关系到材料的安全性和使用寿命。

二、复合材料的抗冲击性能复合材料的抗冲击性能是指在外界冲击力作用下，材料能够承受的冲击能量和承载能力。

复合材料通常由纤维增强基体与基质相结合而成，这种结构赋予了复合材料较高的强度和韧性。

纤维增强基体起到了增加材料强度和刚度的作用，而基质则能够吸收和分散冲击能量。

因此，纤维增强基体和基质的选择及配比对复合材料的抗冲击性能具有重要影响。

三、抗冲击性能的测试方法为了评估复合材料的抗冲击性能，常用的测试方法包括冲击试验和拉伸试验。

冲击试验主要用于测量材料在高速冲击下的断裂行为和破坏机制，通过计算冲击吸收能量和冲击强度来评估材料的抗冲击性能。

而拉伸试验则用于测量材料在拉伸过程中的力学性能，如弹性模量、屈服强度和断裂韧性，从而间接反映了材料的抗冲击性能。

四、优化设计原则为了优化复合材料结构的抗冲击性能，以下原则应被遵循：1.纤维增强基体的选择：选择具有较高强度和韧性的纤维增强基体，如碳纤维、玻璃纤维等。

同时，纤维的分布应均匀且与基质充分结合，以增加材料的强度和刚度。

2.基质的选择与设计：选择具有良好吸能性能的基质，如热塑性弹性体、聚合物等。

基质应具有较高的韧性和能够吸收和分散冲击能量的能力。

3.合理设计复合材料结构：通过优化复合材料的层数、厚度和层间界面的聚合度，以提高复合材料的整体强度和抗冲击性能。

4.考虑材料的应用环境：根据材料的应用环境和工作条件，调整复合材料的配比和结构，以增加其使用寿命和抗冲击性能。

五、案例分析以航空航天领域为例，航天器在进入大气层重新入轨时会受到巨大的冲击力和热载荷，因此其外壳材料需要具备优异的抗冲击性能。

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。

复合材料抗冲击性能优化研究

复合材料抗冲击性能优化研究在当今的工程领域，复合材料因其优异的性能而得到了广泛的应用。

然而，在实际使用中，复合材料的抗冲击性能往往成为其能否可靠发挥作用的关键因素。

因此，对复合材料抗冲击性能的优化研究具有重要的现实意义。

复合材料通常由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的材料组成，通过特定的工艺复合而成。

这种独特的结构赋予了复合材料诸如高强度、高刚度、良好的耐腐蚀性等优点，但同时也带来了抗冲击性能方面的挑战。

影响复合材料抗冲击性能的因素众多。

首先是材料的组成成分。

不同的基体材料和增强纤维的选择会直接影响复合材料的抗冲击能力。

例如，碳纤维增强复合材料在强度和刚度方面表现出色，但在抗冲击性能上可能不如玻璃纤维增强复合材料。

其次，复合材料的制造工艺也至关重要。

成型过程中的温度、压力、固化时间等参数的控制，会影响材料内部的微观结构，进而影响其抗冲击性能。

如果制造过程中存在缺陷，如孔隙、分层等，将显著降低复合材料的抗冲击能力。

再者，复合材料的铺层设计也会对抗冲击性能产生影响。

合理的纤维铺层角度和顺序可以有效地分散冲击能量，提高材料的抗冲击性能。

为了优化复合材料的抗冲击性能，研究人员采取了多种策略。

在材料选择方面，不断探索新型的基体材料和增强纤维，以找到更优的组合。

同时，通过对现有材料进行改性处理，如增加界面相容性、改善纤维与基体的结合强度等，来提高复合材料的抗冲击性能。

在制造工艺的优化方面，采用先进的成型技术，如自动铺丝技术、树脂传递模塑成型技术等，能够更精确地控制制造过程中的参数，减少缺陷的产生，从而提高复合材料的质量和抗冲击性能。

对于复合材料的铺层设计，借助数值模拟和实验研究相结合的方法，确定最优的铺层方案。

通过模拟冲击过程中的应力分布和能量传递，为实际的铺层设计提供理论依据。

此外，对复合材料进行后处理也是一种有效的优化手段。

例如，采用热等静压处理可以消除内部残余应力，提高材料的整体性和抗冲击性能。

在实验研究方面，通常采用落锤冲击试验、高速拉伸试验等方法来评估复合材料的抗冲击性能。