碳纤维层合板冲击吸能有限元模拟

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碳纤维层合板冲击吸能有限元模拟
朱亦钢，王晋，张子龙
（北京航空材料研究院先进复合材料重点实验室，北京１０００９５）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
摘要：为预测复合材料结构的冲击吸能效果，用三维有限元法模拟金属圆柱体冲击碳纤维层合板
ｓｕｃｈａｓｖｕｍａｔ．ａＦＯＲＴＲＡＮｐｒｏｇｒａｍｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ，ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｆａｉｌｕｒｅＳＯａｓｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｄｙｎａｍｉｃｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｇｒｅｓｓ；ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｉｍｐａｃｔ
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ｃｖｌｉｎｄｅｒｏｎｔｈｉｃｋｃａｒｂｏｎｉｂｆｅｒｌａｍｉｎａｔｅｄｐｌａｔｅｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙ３Ｄｉｆｎｉｔｅｄｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｌａｍｉｎａｔｅｄｐｌａｔｅｉｓｓｉｍｐｌｉｉｅｆｄａｓ３Ｄｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃｍａｔｅｒｉａｌｐｌａｔｅ；ｂｙｔｈｅｅｘｔｅｎｄｅｄｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｏｆＡｂａｑｕｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｉｍｐａｃｔｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｍｅｔａｌ
关键词：复合材料；冲击；侵蚀；吸能；仿真模拟；有限元
中图分类号：Ｖ２５８．３；ＴＢ１１５．１文献标志码：Ｂ
Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｉｍｐａｃｔｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆ
的过程．层合板被简化为三维正交各向异性材料板；采用Ａｂａｑｕｓ提供的ｖｕｍａｔ等扩展编程接口，用ＦＯＲＴＲＡＮ编写程序表征材料的弹性、强度和累积失效，实现动态破坏过程仿真；计算结果与冲击试验结果具有可比性．Ａｂａｑｕｓ的显式分析方法结合编程接口可用于层合板的冲击吸能仿真，结果
的准确性取决于用户建立的材料模型．对不同速度、质量和直径的金属圆柱体的冲击进行计算，结
果表明在穿透情况下，随着圆柱体速度的增加，圆柱体的动能衰减增多，而系统动能的减少相对稳
定，因此后者更适合于临界速度的计算．
ｃａｒｂｏｎｉｂｆｅｒｌａｍｉｎａｔｅｄｐｌａ
ＺＨＵＹｉｇａｎｇ，ＷＡＮＧＪｉｎ，ＺＨＡＮＧＺｉｌｏｎｇ
（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＡｄｖａｎｃｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９５，Ｃｈｉｎａ）
。
文章编号：１００６ — ０８７１（２０１３）０２ — ０００１ — ０６
Ｎｍｅ．￣ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ￣ｎｄＣＡＥＡ１ｇｏ，ｔｈｎｉ
第２２卷第２期
２０１３年４月
计算机辅助工程
ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．２２Ｎｏ．２Ａｐｒ．２０１３
工程数值仿真与＝ＣＡＥ算法量０－－ｌｌ曩ｌｌ誊