【摘 要】
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复合材料具有优异的力学性能,被广泛运用于航空航天领域,但复合材料的抗冲击性能相对较差,厚度方向受冲击时易产生损伤,传统有限元方法模拟损伤断裂等不连续问题具有一定的局限性。近场动力学基于非局部作用思想,采用积分方程代替微分方程来描述物质的内部作用,对于连续和非连续问题以及微观和宏观的力学行为都进行统一的表述,数值上天然具有无网格属性和不连续求解功能,在分析复合材料层合板冲击损伤等不连续问题具有优势。
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复合材料具有优异的力学性能,被广泛运用于航空航天领域,但复合材料的抗冲击性能相对较差,厚度方向受冲击时易产生损伤,传统有限元方法模拟损伤断裂等不连续问题具有一定的局限性。近场动力学基于非局部作用思想,采用积分方程代替微分方程来描述物质的内部作用,对于连续和非连续问题以及微观和宏观的力学行为都进行统一的表述,数值上天然具有无网格属性和不连续求解功能,在分析复合材料层合板冲击损伤等不连续问题具有优势。本文采用连续函数定义层内的纤维基体以及层间性能,推导了对点力函数中的材料常数,以能量释放率定义键的失效,建立了完备的材料本构,利用有限单元法通过不连续伽辽金单元建立了基于层内键和层间键的近场动力学复合材料层合板模型,并通过含中心大缺口的单向层合板拉伸与层合板紧密拉伸验证了模型的可行性与准确性。本文以碳纤维增强环氧基（CFRP）复合材料层合板为对象,在LS-DYNA软件中进行动态冲击模拟,识别其在不同冲击能量下的冲击响应与损伤失效行为。通过对模型冲击损伤的验证确定近场动力学模型预测层合板冲击失效的有效性。本文所运用的层内层间近场动力学层合板模型在采取适当的网格尺寸及近场范围下对比有限元模型能更好地模拟层合板冲击响应的曲线趋势及峰值载荷,能很好地捕捉中间铺层损伤更大的低速冲击损伤特性,对层合板失效模式具有更好的复现能力。
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