复合材料加筋板低速冲击损伤研究

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复合材料加筋板作为航空工程上常用的一种典型结构,以较小的重量显著地提高了结构的刚度、强度,增加面板和整体结构的承载能力。然而复合材料结构都存在抗冲击性差的缺点,在外物的冲击下,容易产生纤维断裂、基体开裂、基体挤裂、分层脱粘等损伤,特别是一些低速物体的冲击。它们造成的损伤在外观上往往不易被察觉,但是内部已发生多种损伤,导致结构的承载能力大幅下降,大幅缩减结构的使用寿命,对航空结构的安全使用造成严重的威胁。因此研究复合材料加筋板低速冲击损伤问题对航空上加筋板的使用就显得尤为重要。本文以三维动力学有限元方法建立了复合材料加筋板在横向低速冲击载荷作用下的渐进损伤有限元模型。该模型考虑了复合材料加筋板受低速冲击时的纤维断裂、基体开裂及分层脱粘等五种典型的损伤形式,在层内采用应变描述的Hashin失效判据,结合相应的材料性能退化方案,通过编写VUMAT用户自定义子程序以实现相应损伤类型的判断和演化。在层间以及筋条与层板间加入界面元,模拟层间区域的情况,结合传统的应力失效判据和断裂力学中的能量释放率准则来判断分层损伤的起始和演化规律。通过对数值仿真结果与实验数据的比较,验证了模型的合理性和有效性。同时探讨了不同位置、不同冲击能量以及含初始损伤(脱粘)等因素对复合材料加筋板低速冲击性能的影响。
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