复合材料层合板低速冲击损伤影响因素分析

性 界 面单元 的有 限元模 型研究 了层 合板 低速 冲击 下 的分层 损 伤 。Ｓｔｏｅ 建 立 了 基 于层 合 板 理 论 的 ｅ ｄｈ ｏ
三 维 弹性有 限元 模 型 ， 拟层 合板 质量 、 合板 的材 料性 质对 冲 冲 层
涛 等 针 对 复 合 材 料 层 合 板 中采 用 落 锤 低 速 冲 击
１ 模 型 的建 立 与验 证
１ １ 模 型 的建 立 ．
收 稿 日期 ：０ １０ －５ 修 订 日期 ：０ １０ —２ ２ １—ｌ２ ； ２ １ ． ０ ４ 基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 （０ ７ １７ 国 １８２ ６ ） 作 者 简 介 ： 天 骄 （９ ９ ） ， 士 ， 要 从 事 复 合 材 料 力 屈 １８ 一 女 硕 主 学 行 为 数 值 与 试 验 研 究 ，Ｅ ｍ ｉ ｉ ｏ２ １ ６ ＠ １６ ｃｒ。 （ ． ａ ）ｉ １３ ５ １ ２ ．ｏ ｌ ａ ｎ 通 讯 作 者 ： 锡 涛 （９ ４ ） 博 士 ， 授 ， 要 从事 复合 材 料 力 郑 １６一 ， 教 主
第 ３ 卷 第 ６期 １
２１ ０ １年 １ ２月
航
空
材
料
学
报
Ｖｏ ． １ ３１， Ｎｏ ６ ．
Ｄｅ ｅ ｂｅ ２ ｃｍ ｒ ０１１
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＥＲＯＮＡＵＴＩ ＣＡＬ ＡＴＥＲＩ Ｍ ＡＬＳ
复 合 材 料层 合 板低 速 冲 击 损 伤 影 响 因素 分 析
建 立 了黏性 模 型来模 拟 复合材 料层 合结 构低 速 冲击
下 的损 伤起 始 和损 伤扩 展 。Ａ ｍｅｉ 使用 基 于 黏 ｙ ｒｈ ｃ
Ｍｏ ｒ… 等 进行 了碳 ／ 氧层 合 板 的低 速 冲击 试 验 ， ｕａ 环
研究 发现 层合 板在 低 速 冲击 下 的主要 损 伤形式 为 分 层和 横 向裂纹 。Ｃ ｏ 通过 试验 研究 了层合 板 受 冲 ｈｉ 击 时 基体 开裂 与分 层 之 间 的关 系 ， 为 基体 裂 纹是 认
阻抗 。 分层 损 伤 是 层 合 板 低 速 冲 击 下 的主 要 损 伤 形 式 之 一 ， 于 损 伤 力 学 、 裂 力 学 和 黏 性 理 论 ， 立 零 厚 度 的三 基 断 建
维 界 面 单 元 来 精 确 模 拟 层 间 分 层 。拐 点 是 损 伤 阻抗 的 主 要 表 征 ， 于试 验 研 究 和 有 限 元 模 拟 ， 冲击 力 一 间 曲线 基 在 时 上 计 算 出 拐 点 ， 过 比较 不 同材 料 的 拐 点 值 ， 定 不 同 层 合 板 的损 伤 阻抗 。 低 速 落 锤 冲击 试 验 验 证 了此 模 型 的合 通 判
理性 。
关 键 词 ： 击 损 伤 ；影 响 因 素 ； 料 体 系 ； 头 ； 层 序 列 冲 材 冲 铺
ＤｏＩ １ ． ９ ９ ｊ ｉｓ． ０ ５—０ ３ ２ １ ． ． ４ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ ５ ５ ． ０ １６ ０１
中 图 分 类 号 ： Ｂ ３ Ｔ ３２
文 献 标 识 码 ：Ａ
分 析 ， 材料 体 系 、 如 冲击能量 、 冲头形 状 和直径 、 层合 板 的边界 条件 、 层序 列等 。 铺
国 内学者 对复 合材 料层 合板 低速 冲击 问题 也进 行 了大量 试 验 研 究 。沈 真 等 人 ’ 研 究 发 现 ， 的 落
锤 低 速冲 击试验 和 集 中准静 态压 痕试 验均会 出现拐 点 现象 ， 拐点 可 表 征纤 维 和 基 体 作 为 整体 抵 抗 冲 且 击 的最 大 能 力 。程 小 全 对 Ｔ ０ ／ ２ ８复 合 材 料 ３０ ５２ 层 合板 进行 了冲击 试 验 ， 到 了一 致 的结 论 。郑 锡 得
此， 研究 低 速 冲击 对 复 合 材 料 的 应 用 与发 展 有 非 常
重要 的工程 意义 。这 一领 域 已经 引起 了 国内外 学者 的高度重 视 。
早期 研究 大都 集 中于对 落 锤低 速 冲击试 验 的分
析， 以此 获得 层合 板在 不 同冲击 载荷 下 的损伤 规律 。
击 响应 的影 响 。
层合 板受 冲击 后 的初 始 损 伤 形 式 ， 层 的基 体 裂 纹 外
主要 是 由弯 曲作用 产生 的。
本 工作 运用 Ａ Ａ Ｕ ］ Ｂ Ｑ Ｓｌ 软件 开展 模 拟 分 析 ， ｏ 采 用 单一 变量 法 ， 以分 层 损 伤 面 积 为 表 征 参 数 ， 用 运 Ｈ ｓｉ 内失 效 准则 和 Ｂ Ｋ混 合 准 则 ， ａｈｎ面 — 针对 低 速 冲 击下 复合 材 料层合 板损 伤性 能 的诸 多影 响 因素 进行
屈 天骄 郑锡 涛 范 献 银 郑 晓霞 ， ， ，
（ ．西 北 工 业 大 学 航 空 学 院 ， 安 ７ ０ ７ ； ．沈 阳 发 动 机 设 计 研 究 所 ，沈 阳 １ ０ １ ） １ 西 １ ０２ ２ １０ ５
摘要 ： 用 Ａ Ａ Ｕ 运 Ｂ Ｑ Ｓ软 件 对 复 合 材 料 层 合 板 低 速 冲 击 下 的 损 伤 状 态 进 行 模 拟 ， 用 单 一 变 量 法 ， 损 伤 面 积 为 表 采 以 征 参 数 ， 对 影 响低 速 冲击 下 复 合 材 料 层 合 板 损 伤 性 能 的 诸 多 因 素 进 行 分 析 ， 针 以便 在 材 料 研 制 的初 期 预 见 其 损 伤
文 章 编 号 ： ０ ５５ ５ （ ０ １ ０ － ８ －６ １ ０ —０ ３ ２ １ ） ６ ０ １ ０ ０
低 速 冲击对 复合 材料 层合 板造 成 的损伤 会使 结
构 的力 学性 能退 化 ， 重威 胁 飞 机 机 体 的 安全 。 因 严
和集 中准 静态 压痕 两种 方式 引入 的损 伤状态 的等效 性 进行 了研究 ， 并依 据试 验 研 究 提 出 了两 种 损 伤 引 入方 式 的等效性 公 式 。 为 了更 好 地研 究 层 合 板 的损 伤 机理 ， 内外 学 国 者提 出 了不 同的 计算 模 型 。Ｋ ｂ ｉ 基 于 ＭＣ Ｆ ｕ ａ ｒ Ｖ Ｅ，