纤维增强复合材料冲击损伤二元模型及应用

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纤维增强复合材料以其轻质、高比强度和高比刚度等显著优点而广泛应用于航空、航天和工程防护等领域,其在冲击载荷作用下的损伤演化和破坏机理始终是复合材料研究领域的热点问题。本文以纺织复合材料二元模型为基础,通过用户材料子程序VUMAT嵌入纤维束和等效介质材料损伤失效模型,借助ABAQUS/Explicit有限元分析平台,发展了纤维增强复合材料冲击损伤二元模型。将纤维增强复合材料冲击损伤二元模型应用于三维正交机织复合材料弹道冲击模拟,通过子弹剩余速度和子弹速度时程曲线等模拟结果与已有实验值和文献值的比较,验证了该模型和方法的有效性。进而采用该模型研究了二维平纹机织复合材料抗冲击性能影响因素,具体考察纤维束材料性质、摩擦系数、弹体形状和入射角度等因素对子弹剩余速度的影响。在数值模拟实践的基础上,总结了纤维增强复合材料冲击损伤二元模型具体技术细节,讨论了纤维束单元类型及其材料模型、等效介质单元塑性性质及其刚度退化模型的适当选择。本文发展的纤维增强复合材料冲击损伤二元模型能够以相对较低的计算成本获得工程实践中感兴趣的子弹剩余速度、子弹速度时程曲线和子弹加速度时程曲线等基本信息,为纤维增强复合材料冲击损伤的数值研究和工程设计提供了重要参考数据。
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