【摘 要】
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本文采用二级轻气炮进行高速撞击,研究了不同撞击条件下M55J/AG-80复合材料的力学性能和撞击损伤区域的变化规律,及其损伤形式,初步讨论了高速撞击损伤机理,并利用有限元分析
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本文采用二级轻气炮进行高速撞击,研究了不同撞击条件下M55J/AG-80复合材料的力学性能和撞击损伤区域的变化规律,及其损伤形式,初步讨论了高速撞击损伤机理,并利用有限元分析软件LS-DYNA进行数值模拟,为航天器结构材料的空间碎片风险评估与结构优化设计提供实验和理论依据。研究结果表明,高速撞击后前两层板均被穿透,对M55J/AG-80复合材料层合板造成穿孔损伤,第三层板未被穿透,在表面形成撞击坑。在撞击正面穿孔附近表层树脂基体被烧蚀掉,纤维裸露在外,并有基体开裂,纤维断裂、拔出,材料剥落,分层等破坏。M55J/AG-80复合材料层合板撞击穿孔附近材料界面剪切、层间剪切和弯曲强度随着弹丸速度和撞击角度的增加而降低;在弹丸速度和撞击角相同的条件下,靶板上距穿孔越远的部分强度降低越少,第一层板距穿孔距离相同的部分材料的损伤程度要小于第二层板的。撞击损伤区域大小与弹丸直径和撞击角成正比;双层板结构中,第二层板的损伤区域小于第一层板的损伤区域。通过研究M55J/AG-80复合材料高速撞击后的微观形貌,初步探讨了其损伤机理。在撞击过程中,复合材料的破坏是由于在穿孔附近形成高的应力场造成的。同时复合材料依靠其自身的结构破坏吸收弹丸部分动能,纤维破坏和脱粘是吸收能量的主要方式。利用有限元分析软件LS-DYNA,开展了弹丸高速撞击复合材料层合板双层板结构的二维有限元数值模拟,很好的描述了撞击过程,得到了侵彻速度和应力变化信息。侵彻速度先是快速下降,穿透第一层板后下降速度放缓。靶板同一点的应力值在传播过程中总是不断波动;随着传播距离的增加应力不断衰减,到达靶板边缘后发生反射。通过与试验结果比较,验证了计算的有效性。
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