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《復(fù)合材料層合板低速?zèng)_擊損傷方法研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第40卷第3期2010年5月航空計(jì)算技術(shù)AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．3May．2010復(fù)合材料層合板低速?zèng)_擊損傷方法研究張小娟，張博平(西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院，陜西西安710072)摘要：在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了沖擊能量與凹坑深度之間的關(guān)系，擬合出了沖擊能量與凹坑深度曲線方程。曲線方程表明。凹坑深度的變化是與沖擊能量的變化過程相適應(yīng)的。從而在凹坑深度已知的情況下可以計(jì)算得到層合板所受的外栽，有此外栽從便對(duì)層合板進(jìn)行相應(yīng)的模擬。利用AN-SYS有限元程序?qū)?/p>
2、復(fù)合材料層舍板橫向低速?zèng)_擊進(jìn)行了模擬．模擬采用瞬態(tài)分析方法。對(duì)沖擊后的試件進(jìn)行了C掃描，在此基礎(chǔ)上對(duì)損傷的分布形式及大小做了詳細(xì)的分析。計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果表明，方法是可行的。擬合曲線是正確的，且適合于層合板沖擊后的損傷評(píng)估。關(guān)鍵詞：復(fù)合材料層合板；低速?zèng)_擊；沖擊能量；損傷；有限元中圖分類號(hào)：0242．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671．654X(2010)03-0068-03引言復(fù)合材料因其具有比強(qiáng)度高、比剛度高和可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，在許多重要的工程結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用，其中復(fù)合材料層壓板是常用于機(jī)身
3、的典型結(jié)構(gòu)。一些相關(guān)的研究表明，對(duì)復(fù)合材料層壓板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度威脅最大的是沖擊損傷，而在制造和使用過程中常因外來物如鳥撞、工具跌落等低速?zèng)_擊而出現(xiàn)不可恢復(fù)的損傷(如基體開裂、脫層損傷和纖維斷裂等)，導(dǎo)致層合板強(qiáng)度降低。研究表明，由高強(qiáng)度纖維和改性環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合材料，僅5J的沖擊能使復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度降低到初始值的32％左右。因此，對(duì)復(fù)合材料低能量沖擊的損傷問題研究一直是重要的課題，從來沒有停止過¨J。對(duì)于復(fù)合材料低速?zèng)_擊問題，很多學(xué)者做了大量的研究工作，對(duì)于復(fù)合材料層合板在低速?zèng)_擊下?lián)p傷問題的研究，M
4、．V．Donadon，L．Iannucci，B．G．Fahon，J．M．Hodgkinson&S．F．M．deAlmeida舊1建立了三維加載的損傷模型，預(yù)測(cè)了層合板的損傷；Bostaph＆E1一ber”1在層合板的低速?zèng)_擊分層問題研究中估算了其分層擴(kuò)展，并對(duì)其損傷進(jìn)行了數(shù)值模擬；Wu&Spring·er[41在層合板沖擊問題的研究中建立了沖擊模型，模擬了局部分層形狀；M．F．S．F．deMoura＆A．T．Mar-quesbl對(duì)碳環(huán)氧層合板低速?zèng)_擊損傷進(jìn)行了分析，采用特殊殼單元研究了層問剪切應(yīng)力分
5、布。ScottR．Finn&GeorgeS．Springer∞1研究了層合板在靜態(tài)或沖擊載荷下的分層問題，建立了分層損傷模型和接觸力模型，對(duì)層合板的分層損傷進(jìn)行了數(shù)值和試驗(yàn)研究。目前關(guān)于低速?zèng)_擊的大量研究只局限于對(duì)沖擊過程的研究，在復(fù)合材料受沖擊以后，在其表面留有凹坑，如何基于已有的結(jié)果來分析層合板的損傷，尚沒有太多的研究。此外，在層合板損傷分析中數(shù)值模擬方法有著很重要的意義。實(shí)驗(yàn)研究需要大量的試件和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這需要很大的人力物力投入，經(jīng)濟(jì)性和靈活性不好。數(shù)值方法投資少，使用方便，可以模擬大量在實(shí)驗(yàn)
6、中難以實(shí)現(xiàn)的情況，具有高度的靈活性。從而使得數(shù)值模擬技術(shù)彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)方法的不足。本文以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，擬合沖擊能量與凹坑深度的曲線方程，根據(jù)層合板表面的凹坑深度計(jì)算得其所受沖擊能量的大小，再將沖擊能量作為外載，來模擬層合板的損傷。1低速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)件材料選用T700S／5228復(fù)合材料，鋪層順序?yàn)閇45／0／一45／90]。s，試件尺寸為150x100層合板，單層厚度為0．125mm，材料參數(shù)見下表。采用ASTMD7136試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)是用直徑為12．7mm落錘沖擊頭以不同的能量(不同高度下落)沖擊試驗(yàn)件
7、，如圖所示。沖擊后可用超聲c掃描儀來檢測(cè)損傷區(qū)的面積及損傷區(qū)的刨面形狀，用千分尺測(cè)量凹坑深度。收稿日期：2009—12．16修訂日期：2010—04—06作者簡介：張小娟(1982一)。女，陜西渭南人，碩士，研究方向?yàn)閺?fù)合材料性能。2010年5月張小娟等：復(fù)合材料層合板低速?zèng)_擊損傷方法研究·69·T700S／5228單層板性能／Gpa表E1tE1cE2tE2cG12c3lG23n2乃1坦3脅‰1371108．89．34．40．351．7441．23nyc＆0．0810．2120．124根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，
8、分別以能量E(J)和凹坑深度6(mm)為縱、橫坐標(biāo)作圖得到如圖2所示E一艿醵線。圖1沖擊試驗(yàn)裝置圖2沖擊能量一凹坑深度曲線圖2中的散點(diǎn)為沖擊能量及與之對(duì)應(yīng)的凹坑深度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)圖2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合的曲線如圖中曲線所示，擬合的曲線方程為E=協(xié)∽(1)11一．，21其中k=÷壓(氣產(chǎn)+告)～，k表示接觸系數(shù)"]，該二LsBz系數(shù)依賴于沖擊物和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的幾何特性及其彈性模量和泊松比。式中q和E為沖頭的泊松比和彈性模量，R為沖頭的曲率半徑；E：則表示材料最外一層
