【摘 要】
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碳纤维复合材料能满足多个领域在减重方面的要求。无论飞机或是汽车所使用的碳纤维复合材料以及纤维金属层板在实际运用中可能会受到冰雹、砂石以及飞鸟等冲击从而使层板产生损伤破坏,进而影响其工作性能。且损伤结构的修复较为困难,修复后的效果也与损伤前相差甚远,因此对碳纤维复合材料及其纤维金属层板进行冲击性能以及破坏的研究尤为必要。本文首先对层板的冲击过程进行模拟,选用铝作为金属层,建立单层复合材料、铝板以及界
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碳纤维复合材料能满足多个领域在减重方面的要求。无论飞机或是汽车所使用的碳纤维复合材料以及纤维金属层板在实际运用中可能会受到冰雹、砂石以及飞鸟等冲击从而使层板产生损伤破坏,进而影响其工作性能。且损伤结构的修复较为困难,修复后的效果也与损伤前相差甚远,因此对碳纤维复合材料及其纤维金属层板进行冲击性能以及破坏的研究尤为必要。本文首先对层板的冲击过程进行模拟,选用铝作为金属层,建立单层复合材料、铝板以及界面层的损伤判断及演化模型,并通过实验验证其有效性。由模拟结果可知CFRP层板在受到冲击时,先产生分层破坏,背部铺层的基体再产生拉伸破坏,最后纤维断裂。Al/CFRP/Al层板的破坏情况与CFRP类似,但在冲击中期,背部铝板会产生垂直临近层纤维方向的裂纹。Al/CFRP/Al层板的抗冲击性能要好于CFRP。结合模拟和试验分析不同结构的Al/CFRP/Al层板的抗冲击性能以及破坏情况。通过冲击载荷、能量以及凹坑曲线来综合分析层板的抗冲击性能。厚度、芯部复合材料铺层以及铝含量一致的层板吸能性大体一致,但背部铝板厚度较大时层板的抗冲击性能更好,且3/2结构的层板比2/1层板的抗冲击性能更好。金属在轧制方向上有更好的力学性能,当铝板轧制方向与层板主方向垂直时,层板具有较好的抗冲击性能;芯部复材铺层为[45°/90°/-45°/0°]s的层板,其抗冲击性能要好于[0°/90°]2s铺层的层板;且这两个因素会影响层板的破坏形式。之后分析界面强度对层板抗冲击性能的影响。通过对Al/CFRP/Al层板中的铝板进行表面处理或在层间添加碳纳米管及树脂来提升层间剪切强度,使层板抵抗分层的能力增强,进而提升了层板的抗冲击性能。
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