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纤维增强树脂基复合材料(FRP)结构的抗冲击性能差,尤其是低速冲击会使复合材料结构内部产生目视不可检的损伤,严重削弱结构的承载能力。本文结合复合材料结构冲击损伤试验技术和有限元数值仿真分析,研究了复合材料层合板的低速冲击损伤以及冲击后压缩(CAI)剩余强度。主要内容如下: (1)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。 (2)基于连续介质损伤力学提出了一种预测复合材料层合板(FRP)在低速冲击作用下冲击损伤和压缩剩余强度的一体化分析模型,该模型发展了非线性剪应力应变关系和归一化的混合模式基体损伤演化,以预测层合板冲击损伤及冲击后剩余压缩强度,纤维间损伤起始由Puck失效准则预测、损伤演化由断裂面上的等效应变控制,失效判定时考虑了就位效应对强度的影响,模型中加入单元特征长度以消除计算结果对网格密度的依赖性。 (3)对两类铺层的层合板在横向冲击载荷下的损伤进行了模拟,预测的载荷时间历程、分层损伤形状与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。 (4)对复合材料层合板进行了不同能量的冲击测试,通过C扫描技术获得了层合板的低速冲击损伤破坏模式,并进行冲击后压缩试验,得到破坏载荷;并采用本文提出的数值模型对复合材料层合板低速冲击损伤及剩余压缩强度问题进行模拟,验证了本文模型的预测能力。 (5)针对复合材料结构面内边缘冲击的特点,考虑了纤维压缩损伤的纤维拐折损伤(fiber kink)及损伤演化;并对面内边缘冲击及冲击后压缩问题进行数值模拟,验证了模型对面内边缘冲击损伤的预测能力。