【摘 要】
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碳纤维增强复合材料层合板相比于传统金属具有比质量、比刚度大等优势而作为一种新材料广泛应用于工业产品和航天领域。由于层合板沿厚度方向的强度存在较大差异及脆性特征,导致冲击作用下表现出肉眼不可见损伤,在拉伸载荷下脆性断裂使得层合板在使用中存在一定安全隐患。因此,本文主要研究低速冲击下复合材料层合板内部应力波的传播特征;对比铝、钛合金作为蒙皮结构对层合板抗冲击性能的影响;比较Co20Cr20Fe35Mn
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碳纤维增强复合材料层合板相比于传统金属具有比质量、比刚度大等优势而作为一种新材料广泛应用于工业产品和航天领域。由于层合板沿厚度方向的强度存在较大差异及脆性特征,导致冲击作用下表现出肉眼不可见损伤,在拉伸载荷下脆性断裂使得层合板在使用中存在一定安全隐患。因此,本文主要研究低速冲击下复合材料层合板内部应力波的传播特征;对比铝、钛合金作为蒙皮结构对层合板抗冲击性能的影响;比较Co20Cr20Fe35Mn20Ni5高熵合金—T300碳纤维增强复合材料层合板与传统合金—复合材料层合板的拉压力学性能,这为复合材料层合板结合金属优势的新型层合板在工程实际中使用具有重要指导意义。本文基于三维有限元模型,利用商业软件ABAQUS结合用户子程序VUMAT对层合板进行低速冲击数值模拟。研究了:剪切应力波(横波)在层内沿不同纤维强度方向、不同边界点传播特征,层间厚度与铺层对压缩波(纵波)的影响;分析了铝、钛合金—碳纤维复合材料层合板与复合材料裸板在改变铺层和表面金属材料时对层合板冲击防护的影响。制备高熵合金/碳纤维复合材料层合板、6061铝合金/碳纤维层合板和TC4钛合金/碳纤维层合板,并对比分析了它们在拉、压实验下的力学性能。研究了拉伸状态下三类复合材料层合板的抗拉强度及压缩状态下的抗压强度,得到不同应变率下高熵合金相对于传统合金对碳纤维层合板弹性极限、断裂强度等力学参数的提升,这为高熵合金—复合材料层合板的动态冲击与结构设计提供了一定的研究基础。
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