复合材料结构冲击损伤的数值模拟与试验验证

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinxing1983
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在低速冲击载荷作用下复合材料结构内部往往会产生目视不可检的基体开裂、分层等损伤,这些损伤会使结构的承载能力大幅度下降,直接威胁结构的安全使用,所以研究复合材料结构的冲击损伤很有意义。  本文首先回顾并总结了复合材料结构低速冲击损伤常用的研究方法及其研究现状,比较系统地综述了复合材料结构冲击损伤试验技术和冲击损伤数值仿真分析模型,并对冲击损伤研究存在的问题进行了简述。  基于连续损伤力学提出了一种用于模拟复合材料低速冲击损伤的三维动力学数值模型。模型中采用三维Puck断裂面应力控制的失效准则判定层内四种损伤模式,采用考虑压缩抑制效应的Aymerich层间失效准则判定层间损伤,并采用双线性模型描述损伤后材料的力学性能。模型中还考虑了层合板中子层的就位效应,通过引入重构平衡方程次数m考虑了损伤分析中的“链锁破坏”。  对两类层合板横向冲击问题进行了模拟,模拟的分层损伤形状呈现花生状和喇叭状,与试验结果相同,且考虑就位效应后,模型预测的载荷时间历程、分层损伤面积等结果与试验结果吻合较好,表明本文提出的模型能够较好预测横向冲击损伤。  采用落锤试验研究了L型长桁的边缘冲击损伤特性,发现边缘冲击会引起结构出现半椭圆形损伤,损伤长度和面积随冲击能量增加近似线性增加,而铺层比例对冲击损伤面积有较大影响。模型预测的损伤形状和面积与试验结果吻合较好。
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