考虑蠕变效应的层合复合材料低速冲击凹坑表征研究

发布时间：2021-01-29 05:00

　　低层间强度和脆性性能导致复合材料层合结构对低速冲击作用比较敏感,低速冲击作用后容易出现各种形式的损伤,这些损伤导致结构强度大大降低,为了能够有效的预测其损伤,选取凹坑深度作为低速冲击损伤和损伤阻抗的表征参数及剩余强度的评估标准,凹坑深度容易测量,数据分散性小,且其能与冲击能量较好地对应。因此研究永久凹坑的形成机理,实现准确的凹坑深度数值模拟,对评估复合材料结构性能及优化复合材料结构有十分重要的意义。本文主要内容如下:（1）研究了永久凹坑形成的机理,提出了一种复合材料基体横向压剪损伤的残余应变模型,发展了分层损伤的残余张（错）开模型,在低速冲击损伤分析的基础上研究了凹坑粘性回弹理论,构建了广义开尔文模型,对凹坑深度随时间的回弹进行数值分析计算。（2）提出了一种包含多铺层的块体单元模型,大量减少了有限元模型单元数目,有效节省了模型的分析时间,使用Python语言对有限元软件ABAQUS进行扩展,开发了复合材料层合板低速冲击损伤失效建模及后处理损伤查询的参数化模块,避免了重复建模及后处理的复杂过程。（3）对复合材料层合板进行了多种能量的低速冲击试验、凹坑深度的测量试验,并对冲击后的试验件进行... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

ASTM低速冲击试验装置

考虑蠕变效应的层合复合材料低速冲击凹坑表征研究间损伤，研究发现这几种损伤形式与冲击能量的大小存在相关性，在低能量冲击下主要是基体开裂，而随着冲击能量的增加，上下铺层弯曲变形出现不协调，由此导铺层之间出现分层，最后纤维开始断裂，纤维和基体整体抵抗冲击的能力逐渐变弱大量断裂，这也和研究发现的凹坑深度随能量的变化曲线上有明显拐点的现象相对学者的研究发现，具体的损伤演化情况基本可以分为以下几点：

(a) 基体剪切裂纹导致分层 (b) 基体弯曲裂纹导致分层图 2. 1 复合材料层合板失效模式现，低速冲击作用引起的复合材料层合板的分层损伤与初始基击作用下层合板通常首先产生层内损伤（基体开裂）并逐渐扩生。由基体开裂引起的层间损伤可以分两类：层合板内部铺层界面较大的分层扩展；层合板冲击背面层的弯曲基体裂纹造成 所示。相对于基体而言，纤维的强度较强，所以往往在基体开，实际试验中发现，在低速冲击作用下，层合板往往不会发生存在少量纤维断裂。

【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料低速冲击永久凹坑深度预测方法[J]. 刘德博,田甜,关志东.  航空制造技术. 2011(19)
[2]复合材料层压板低速冲击和准静态压痕损伤等效性的研究[J]. 闫丽,安学锋,蔡建丽,张代军,益小苏.  航空材料学报. 2011(03)
[3]先进复合材料在未来飞行器中的应用[J]. 郑锡涛,陈浩远,李泽江,李光亮.  航空工程进展. 2011(02)
[4]复合材料层合板低速冲击损伤的有限元模拟[J]. 朱炜垚,许希武.  复合材料学报. 2010(06)
[5]碳纤维/环氧树脂层压板的冲击损伤[J]. 张阿樱,张东兴,李地红,肖海英,贾近.  宇航材料工艺. 2010(05)
[6]基于凹坑深度的复合材料低速冲击损伤分析[J]. 张小娟,张博平,张金奎,汪蓝明.  实验力学. 2010(03)
[7]低速冲击与准静态压痕力下复合材料层合板的损伤等效性[J]. 郑晓霞,郑锡涛,沈真,杨胜春.  航空学报. 2010(05)
[8]复合材料层合板低速冲击损伤方法研究[J]. 张小娟,张博平.  航空计算技术. 2010(03)
[9]复合材料静压痕与落锤冲击初始损伤对比试验[J]. 郭渊,关志东,刘德博,孟庆春.  北京航空航天大学学报. 2009(08)
[10]复合材料层压板抗冲击行为及表征方法的实验研究[J]. 沈真,杨胜春,陈普会.  复合材料学报. 2008(05)

硕士论文
[1]复合材料加筋结构低速冲击损伤分析及参数化建模[D]. 黄达飞.南京航空航天大学 2012
[2]弹塑性断裂过程与复合材料层板低速冲击损伤的数值模拟[D]. 于飞.南京航空航天大学 2012



本文编号：3006315