纤维增强金属层合板的拉伸和冲击性能研究

发布时间：2018-10-25 21:03

【摘要】：现今,无论是航空航天、军事领域或者是诸如船舶工业这样的民用领域,复合材料都有非常重要应用。纤维增强金属层合板是由纤维增强复合材料同金属板组成的一种层合结构。其不光具有金属材料优越的加工性能和抗冲击性能,同时克服了金属材料的疲劳性能差的缺点,该类材料中玻璃纤维铝合金层合板被用于飞机机身的材料,玻璃纤维增强钢板被用于船舶制造,碳纤维增强复合材料与钢材组成的混杂材料被用于军用头盔。在材料使用之前,需要对材料的性能有一定的认识,一般的分析方式主要有实验研究和有限元分析。科学的实验和有限元分析方法,能够帮助人们做出更加全面、深入和有效的分析。本文通过实验和有限元方法重点分析了纤维金属层板的拉伸和冲击性能。通过一套有效的数值分析方法,分析了纤维金属层板材料在受冲击过程中的渐进损伤过程,揭示了材料的破坏机理,具体工作分为以下几方面:分析了表面机械研磨技术(SMAT)技术的引入对2024 T3铝合金板的拉伸性能的影响,并找出该处理技术中合理的实验参数。SMAT处理并被多层叠轧处理新型材料的拉伸性能数值分析过程中,通过在所有的相邻单元之间插入0厚度内聚力单元的方法,分析了该材料拉伸过程中渐进损伤过程,同时,分析了拉伸过程中裂纹萌生和偏转的细节。通过有限元参数分析的方法,分析了 SMAT处理叠轧材料界面强度对材料拉伸性能的影响。并用该数值模型预测了其它结构的叠轧材料的拉伸性能。以经过SMAT处理的铝合金板为材料制备成新型玻璃纤维增强铝合金层板(GLARE)材料,实验和理论值显示材料的极限强度和极限应变虽然有较小幅度的降低,但是其屈服强度有较大幅度的增加。实验和数值分析了 GLARE板受低速落锤冲击时的破坏响应。通过用户自定义子程序VUMAT,并结合Johnson-Cook模型和基于表面内聚力方法建立了 GLARE受落锤低速冲击数值模型。不光分析了 GLARE材料受到低速落锤冲击过程中的响应。此外,也分别分析了纤维增强层、铝合金材料以及界面层的渐进损伤过程。给出了一套分析金属材料与复合材料组成的混杂结构的高速冲击性能的数值分析方法。数值分析中,除分析了高速冲击后弹丸的残余速度和材料的损伤之外,也分析了碳纤维增强复合材料层、金属层以及之间的界面的损伤破坏过程,揭示了整体材料受高速冲击的破坏机理。深入分析了冲击过程中复合材料、金属层以及界面损伤演化。由于该方法准确有效,利用该数值模型预测分析了其它类似夹层结构的抗高速冲击性能。综上所述,本文通过尝试将表面机械研磨技术引入到玻璃纤维增强铝合金板中,得到极限强度和极限应变虽然有较小的降低,但是其屈服应力有较大幅度增加的夹层板材料。通过几种有限元方法的结合,建立起一套分析有效的纤维增强金属板冲击性能的数值模型,为该类材料的设计和抗冲击分析提供理论基础和参考方法。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB333

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本文编号：2294831