层合复合材料低速冲击损伤及凹坑形成研究

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凹坑深度是复合材料损伤阻抗的有效表征参数,与内部损伤有紧密的联系.虽然关于复合材料的低速冲击问题研究者们已经做了大量的工作,但关于凹坑深度的形成机理问题目前还缺乏细致的研究。本文旨在深入认识复合材料冲击(静压)凹坑的形成机理,在建立合理的损伤模型的基础上研发出一套模拟冲击(静压)损伤和凹坑的参数化建模系统,揭示出复合材料冲击(静压)荷载-凹坑深度-内部损伤三者之间的内在联系以及凹坑回弹的部分规律,为复合材料的冲击损伤评估提供参考。本文的主要内容如下:  (1)在考虑凹坑形成机理的基础上,提出了含残余剪切应变的复合材料横向压剪破坏模型和含残余张开位移的分层破坏模型,能够模拟冲击和静压产生的凹坑。  (2)提出了层合复合材料的粘弹性模型,首次定量研究了冲击和静压凹坑蠕变回弹现象。  (3)对碳纤维/环氧树脂复合材料进行了低速冲击试验和静压试验,测量了损伤形貌及凹坑深度和蠕变回弹现象,验证了上述三种模型的有效性。  (4)在数值模拟中,在ABAQUS平台上基于Python语言进行参数化建模和用Fortran语言编写了用户自定义材料子程序;提出一种块体单元包含若干铺层的模型,以减少复合材料逐层分析时的计算量。
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