缺陷对纤维金属层板低速冲击性能影响规律

发布时间：2021-11-25 04:54

　　为研究不同孔洞大小和位置的玻璃纤维铝合金层板抗冲击性能损伤规律,本文通过在Abaqus中建立落锤低速冲击有限元模型,分析了玻璃纤维铝合金层板受冲击后的接触力、能量吸收、试件变形的响应规律。该模型中用自定义子程序VUMAT、Johnson-Cook金属损伤模型以及基于接触行为的表面内聚力行为分别可以用于分析复合材料、铝合金层和层间分层行为。在20 J冲击能量下,对比分析了圆孔大小和圆孔位置对玻璃纤维铝合金层板材料的冲击响应和破坏规律。结果表明:固定半径2 mm,圆孔距离玻璃纤维铝合金层板中心处较近的试件铝合金层板损伤、层间损伤、复合材料板损伤范围大,且集中于圆孔内侧;固定圆孔距离冲击中心为6 mm,随孔径增大,试件的各类损伤集中于缺陷周围。因此,缺陷会明显降低玻璃纤维铝合金层板的抗冲击性能。 

【文章来源】：哈尔滨工程大学学报. 2020,41(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【图文】：

GLARE板结构示意和落锤实验示意

图2(b)和(c)可以看出随着圆孔距冲击点的距离D增大试件位移峰值逐渐减小,D在10 mm增加到14 mm过程中,试件变形位移回弹现象明显;当D从6 mm增加到14 mm时,在试件达到最大接触力时试件变形位移增长1.02 mm/19.6%,能量吸收增长4.79 J/60.1%。所有试件受到冲击后均出现回弹现象,缺陷圆孔与试件中心处距离较远处,回弹现象更明显。因此,当缺陷圆孔离低速冲击点距离越近时, GLARE的冲击性能降低越明显。图3给出了冲击历程中最大接触力、变形和对应时间等关键数据。当D从6 mm增加到14 mm,锤头与试件最大接触力呈现递增趋势,增长1.1 kN/35.8%,最大变形呈递减趋势。圆孔与冲击点之间距离D在6 mm增加到10 mm时,最大接触力到达峰值时间呈快速增长,当D>10 mm后,最大接触力增长趋于平缓。最大接触力发生时对应位移和最大接触力时间先随D增长而增长,当D>10 mm后,该值相对平缓减小。

从图4可以看出,当缺陷圆孔离冲击点较远时,冲击时损伤集中于冲击点周围,铝板受到的冲击损伤范围减小。试件随着D的增大受到的损伤范围明显减小,R2D14号试件铝板受到的冲击损伤最小。当D较小时,观察到铝板损伤偏向缺陷方向扩展,形成较多因完全损伤而删除的单元,并造成损伤区域呈菱形扩展到外围。因此贯穿孔洞圆心距离冲击点越远,试件铝板产生的损伤越小。由图5和图6可知,当缺陷接近冲击点时,在缺陷周边观察到较大范围和程度的损伤。随着D增大,层间分层损伤区域范围与程度减小,低速冲击载荷对层间破坏减小。

【参考文献】：
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本文编号：3517442