复合材料层合板低速冲击损伤影响因素分析
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。
复合材料层合板低速冲击损伤影响因素分析
复合材料层合板低速冲击损伤影响因素分析屈天骄;郑锡涛;范献银;郑晓霞【摘要】Damage of composite laminates due to low-velocity impact depends on number of factors. The simulation of composite laminates damage is carried out with ABAQUS software. Several influence factors are analyzed in order to foresee the damage resistance of composite laminates in the early stage with the method which regards damage area as the single-variable parameter. Delamination is one of leading damage forms of laminates. Based on damage mechanics, fracture mechanics and cohesive theory, cohesive unites are constituted in this paper to simulate delamination accurately. The point of inflexion is a central characterization of damage resistance. Based on the experiments and finite element model, damage resistances of different laminates are determined by contrasting diverse inflexion value which can be calculated on impact force-time curves. The rationality of the model has been confirmed by the low-velocity impact test.%运用ABAQUS软件对复合材料层合板低速冲击下的损伤状态进行模拟,采用单一变量法,以损伤面积为表征参数,针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,以便在材料研制的初期预见其损伤阻抗.分层损伤是层合板低速冲击下的主要损伤形式之一,基于损伤力学、断裂力学和黏性理论,建立零厚度的三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,基于试验研究和有限元模拟,在冲击力-时间曲线上计算出拐点,通过比较不同材料的拐点值,判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理性.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2011(031)006【总页数】6页(P81-86)【关键词】冲击损伤;影响因素;材料体系;冲头;铺层序列【作者】屈天骄;郑锡涛;范献银;郑晓霞【作者单位】西北工业大学航空学院,西安710072;西北工业大学航空学院,西安710072;西北工业大学航空学院,西安710072;沈阳发动机设计研究所,沈阳110015【正文语种】中文【中图分类】TB332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，严重威胁飞机机体的安全。
低速冲击下CFRP层合板的损伤分析与数值模拟
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重 型 机 械$$ $$$$$$$$$$$$$$$$"'"# :&^.
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关键词 碳纤维层合板# 低速冲击# 损伤演化 中图分类号 +L##"$$文献标志码 /$$文章编号 !''! 0!)12"'"#'. 0''## 0'.
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预浸布每层厚度约为 '^" YY" 共铺设 !' 层" 如
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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朱东俊;张玮;葛亮;杨程【摘要】基于二维Hashin失效准则，在充分考虑低速冲击下层合板纤维和基体拉压失效等损伤模式下，计及材料退化并引入损伤因子，运用ABAQUS软件建立复合材料层合板低速冲击有限元模型。
运用该模型深入研究层合板低速冲击问题，考察其动态响应和损伤演化过程，数值结果和实验值吻合良好，验证模型的合理性和准确性。
在此基础上，通过对层合板进行各冲击工况的数值模拟，详细讨论冲击能量、铺层形式等参数对层合板低速冲击动态响应和损伤特性的影响规律。
%A finite element model for analyzing low velocity impact damage of composite laminates was established base on ABAQUS software platform, the typical failure modes, such as fiber break, matrix cracking were simulated by employing the two-dimensional Hashin criterion, material degradation and damage factor were taking into account in this model. By adopting this model, the dynamic response and damage propagation of laminates were studied. The numerical results well agree with the experimental results and thus verify the accuracy of the model. On this foundation, laminates under various impact conditions were simulated. Parametric studies were conducted to study the effects of the impact energy and stacking sequence on the dynamic response and the damage of composite laminates under low velocity impact.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】9页(P57-65)【关键词】层合板;低速冲击;动态响应;损伤【作者】朱东俊;张玮;葛亮;杨程【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001;海军装备研究院，北京100161;哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TB33复合材料层合板拥有优良的力学性能，已被广泛的应用于航空航天及船舶等领域。
基于 ABAQUS 的复合材料低速冲击损伤分析
基于 ABAQUS 的复合材料低速冲击损伤分析万铖;金平;谭晓明;王德【摘要】Objective To analyze the damage of composite laminates under different impact and to verify the rationality and validity of the finite element model. Methods Drop hammer impact test machine was used for the CCF300 / 10128H fi-ber resin matrix composite laminates,afterthat,Ultrasonic C-scan was used to scan the test piece. And then a finite element model was established, ABAQUS was used to simulate the impact process. Results The results of finite element simulation were in good agreement with the experimental results. Conclusion The internal damage rapidly increased with the increasing impact. When penetrated damage occurred,the damage became mild,and the finite element could relatively well predict low-impact damage of composites.%目的：分析不同冲击能量对复合材料层合板的损伤情况，验证有限元模型的合理性和有效性。
T300-69层合板边缘多角度低速冲击损伤及剩余压缩强度研究
T300-69层合板边缘多角度低速冲击损伤及剩余压缩强度研究T300/69层合板边缘多角度低速冲击损伤及剩余压缩强度研究摘要：本文旨在研究T300/69层合板在边缘多角度低速冲击下的损伤程度以及其对剩余压缩强度的影响。
采用实验方法对合板样品进行不同角度的低速冲击试验，通过破坏机制、损伤程度和剩余压缩强度的分析，揭示了合板在边缘多角度低速冲击下的破坏行为及损伤机制。
实验结果表明，冲击角度对合板损伤程度和剩余压缩强度有着显著的影响。
1. 引言合板作为一种常见的复合材料结构，在航空航天、航空及其他行业中得到广泛应用。
然而，合板在实际使用过程中容易受到外界冲击的影响，导致损伤和失效，影响结构的稳定性和安全性。
因此，研究合板在不同冲击条件下的破坏行为和损伤机制具有重要意义。
2. 实验方法本实验采用T300/69层合板样品，通过投影仪确定合板的几何尺寸和冲击点位置。
使用多角度低速冲击试验机对合板样品进行冲击，冲击能量和冲击速度根据实际需求设定。
3. 结果与分析3.1 冲击角度对破坏行为的影响实验结果表明，合板在不同冲击角度下的破坏行为存在差异。
当冲击角度为0°时，合板呈现出较为严重的破裂和剥离。
随着冲击角度的增加，合板的破坏行为逐渐向内部转变，呈现出较为平均和均匀的破坏特征。
3.2 冲击角度对损伤程度的影响通过扫描电子显微镜观察合板损伤面的形貌，发现在不同冲击角度条件下，合板的损伤程度不同。
当冲击角度为0°时，合板表面出现较为严重的纤维破裂和树脂破碎。
随着冲击角度的增加，合板的损伤程度逐渐减小，表面纤维破裂减少，树脂破损程度较轻。
3.3 冲击角度对剩余压缩强度的影响剩余压缩强度是评估合板损伤程度的重要指标之一。
本实验通过压缩试验测试合板在不同冲击角度下的剩余压缩强度。
结果显示，随着冲击角度的增加，合板的剩余压缩强度逐渐增加，说明合板在较大冲击角度下的损伤程度较轻，结构的稳定性得到一定的保障。
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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
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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，