复合材料加筋板边缘冲击模拟及冲击后压缩分析

发布时间：2021-03-03 04:12

　　对于复合材料加筋板,筋条边缘的低速冲击损伤模式复杂,并可能随之产生严重的强度降问题,威胁结构安全。本文在试验分析的基础上,提出了一种预测复合材料T型筋条边缘冲击损伤和冲击后压缩剩余强度的有限元模拟方法。本文的主要内容包括:（1）分析了不同冲击位置下,加筋板的损伤阻抗和损伤容限特性,指出面内冲击比面外冲击造成的损伤更为严重;分析了加筋板的冲击后压缩破坏机理,明确了筋条边缘冲击损伤是控制加筋板剩余强度的关键因素。（2）建立复合材料层合板离散层模型,考虑复合材料层间分层,面内纤维拉伸、压缩破坏,基体拉伸、压缩破坏和分离,复合材料采用双线性渐进损伤退化模型,模拟层合板面内边缘冲击过程,得到与试验相近的损伤形貌、冲击力响应、损伤参数等,并与试验测量的数据比较,证明了模型的有效性。（3）基于边缘冲击-压缩的全过程分析方法,建立了预测T型筋条边缘冲击损伤的简化模型。有限元模型预测的损伤形貌、剩余强度及破坏应变与试验值吻合良好,仿真结果表明分层损伤扩展与子层屈曲是导致含冲击损伤复合材料加筋板破坏的重要原因。 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

国外复合材料在飞机上的应用趋势

：中心面外冲击（central impact）、边缘面外冲击（near-edge impact）、边缘面内冲击（in-line impact）等，如图 1.2 所示。图1.2 复合材料结构冲击类型目前，对层合板面外冲击已开展了大量的试验和仿真研究，并获得了长足进展。对层合板面外冲击的研究表明，低速冲击造成的损伤主要有基体开裂、层间分层和纤维断裂，并且在基体裂纹和层间分层之间存在相互作用[10~12]。对层合板边缘或筋条帽缘的面外冲击也会造成类似的损伤[13]，但由于边缘结构缺少支持，相同能量下损伤会更为严重。而对于复合材料的边缘面内冲击，相关研究还比较少，从已有的文献来看，对层合板边缘或筋条腹板的面内冲击将引起更多的损伤类型，如纤维折曲、基体碎片楔入等[14]，并且这些效应还会与分层损伤等相互作用，加大损伤扩展预测的难度；而对加筋板筋条遭受冲击后压缩的研究还十分鲜见，现阶段多数文献[14,47]采用层合板边缘冲击试验进行简化代替

击力回落并在某一平台附近上下波动，并认为冲击力-位移曲线所围的面积即为复合材料因破坏而吸收的能量。图1.3 加筋板边缘冲击简化试验[14]文献[14]获得的边缘冲击损伤形貌包括所有界面的分层、永久凹坑、沿腹板轴向的长基体裂纹、纤维折曲带和基体楔入。从截面电子扫描照片发现，纤维折曲只发生在纤维角度平行于冲击方向的铺层里，这与层合板压缩试验有相似之处；冲击能量越大，相应的损伤程度越严重；但是冲击力-位移的平台段载荷却与冲击能量和铺层顺序没有必然关联，对于文献中的四种铺层，冲击力平台基本处于同一水平，并恰好近似于层合板横向压缩强度与冲击面积的乘积，因此该作者认为，平台段载荷由基体性质决定。文献[14]还对受边缘冲击的层合板进行了剩余强度试验，试验结果表明层合板断裂路径垂直于压缩载荷方向并经过冲击损伤区域，据此推测是由 0°层纤维压缩破坏导致层合板最终失效

【参考文献】：
期刊论文
[1]准各向同性纤维增强复合材料层合板的开孔拉伸破坏模拟[J]. 鲍宏琛,刘广彦.  复合材料学报. 2016(05)
[2]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)
[3]新一代大型客机复合材料结构[J]. 杨乃宾.  航空学报. 2008(03)
[4]我国大型客机先进复合材料技术应对策略思考[J]. 杜善义,关志东.  复合材料学报. 2008(01)
[5]小尺寸试件层合板低速冲击后的剩余压缩强度[J]. 程小全,张子龙,吴学仁.  复合材料学报. 2002(06)
[6]复合材料冲击损伤及冲击后压缩强度的等效实验方法[J]. 张子龙,程小全,益小苏.  实验力学. 2001(03)
[7]复合材料层合结构冲击损伤研究进展（Ⅰ）[J]. 张铱芬,穆建春.  太原理工大学学报. 1999(06)

博士论文
[1]层合复合材料的粘聚区模型及其应用研究[D]. 叶强.南京航空航天大学 2012

硕士论文
[1]复合材料层合板低速冲击模拟[D]. 许硕.南京航空航天大学 2014



本文编号：3060576