【摘 要】
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将复合材料应用于航空发动机风扇机匣等防护结构,即可减轻机匣重量也实现对断裂叶片冲击的有效防护。由于碳纤维复合材料存在断裂伸长率小、脆性大等缺点,将高强度、高比模量的碳纤维与断裂伸长率高、延展性好的芳纶纤维进行混杂,提升材料整体韧性与抗冲击性能。目前针对混杂纤维复合材料的结构设计与抗冲击性能研究相对较少,本文开展针对混杂纤维复合材料的高速冲击试验和有限元仿真分析,研究不同铺层设计对混杂纤维复合材料弹
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将复合材料应用于航空发动机风扇机匣等防护结构,即可减轻机匣重量也实现对断裂叶片冲击的有效防护。由于碳纤维复合材料存在断裂伸长率小、脆性大等缺点,将高强度、高比模量的碳纤维与断裂伸长率高、延展性好的芳纶纤维进行混杂,提升材料整体韧性与抗冲击性能。目前针对混杂纤维复合材料的结构设计与抗冲击性能研究相对较少,本文开展针对混杂纤维复合材料的高速冲击试验和有限元仿真分析,研究不同铺层设计对混杂纤维复合材料弹道极限、失效模式与分层损伤的影响。通过热压罐固化使用单向碳纤维布和芳纶编织布制备成四种不同铺层方式的混杂纤维层合板,分别为A4/C8、C8/A4、A2/C8/A2与C4/A4/C4,通过弹道冲击试验比较不同铺层设计材料的抗冲击性能并分析损伤模式。使用ABAQUS有限元软件建立A4/C8铺层结构层合板的动态力学冲击模型,编写基于三维Hashin失效准则的VUMAT子程序,结合刚度退化准则调整材料性能参数的变化。用仿真模型模拟冲击实验,将仿真数据与试验数据进行对比,验证仿真的可靠性。为进一步提升层合板的抗弹性能,分别从弹头撞击角度、层合板厚度比两个方面进行建模仿真分析,研究不同因素对混杂纤维层合板弹道极限和损伤模式的影响,探究复合材料的失效机理。
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