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复合材料层合板的低速冲击损伤模拟

王昌海  
【摘要】:纤维增强复合材料层合板由于具有高比模量及高比强度等独特优点,所以广泛的应用于航空航天以及汽车制造等领域。然而在其厚度方向上,强度较弱,特别是铺层间粘接层的强度更低,以至于在受到低速横向冲击时容易产生各种损伤、破坏甚至断裂。 主要的损伤形式有基体开裂、基体剪切、纤维断裂以及层间分层。其中,层间分层损伤和基体开裂是最常见也是最危险的破坏形式,因此层间分层也成为了国内外专家学者的主要研究课题。复合材料层合板受到横向冲击的过程中,纤维方向不同的铺层间的粘接层极易发生损伤,而损伤的产生及扩展是一个逐渐的过程,在这个过程中材料的性能及强度是逐渐下降的。现在人们常用冲击物体对靶体作用的等效动载进行冲击损伤模拟,这种等效动载法虽然效率高,但不够准确。因此,复合材料层合板低速冲击过程的动态模拟是能够更好描述层间分层的产生及扩展的一种方法。本文将对复合材料层合板在低速冲击下的损伤进行动态数值模拟。 本文主要进行了以下研究工作: 1整理和归纳适用于层合板冲击损伤模拟的材料模型和损伤准则,并评述了将冲击问题转化为准静态问题的模拟方法。以模拟结果为例,总结了一步退化准则得到的层合板粘接层的损伤位置及几何形状。 2使用LS-DYNA软件进行低速冲击下的复合材料层合板冲击损伤的动态模拟,探讨动态损伤模拟的建模技术,以期得到复合材料层合板在低速冲击下的更为准确的损伤位置及损伤形状和面积。通过与实验结果的比较研究了复合材料的材料模型和损伤判据选对界面分层扩展和基体开裂的影响。 3以实验结果和动态冲击损伤的模拟结果为依据评估了准静态冲击损伤模拟的精度。


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