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《層間增韌復(fù)合材料層合板低速沖擊損傷預(yù)測》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第45卷第5期2013年10月空航天大學(xué)學(xué)報UniversityofAeronautics&Astronautics層間增韌復(fù)合材料層合板低速沖擊損傷預(yù)測謝宗蕻劉海涵張子龍(西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院,西安,710072)V01.45No.50ct.2013摘要:基于層間增韌復(fù)合材料層合板的低速沖擊實驗,在ABAQUS分析環(huán)境下建立了一套量化考查低速沖擊載荷作用下層間增韌對復(fù)合材料層合板力學(xué)行為影響的有限元分析模型。模型中采用自行開發(fā)的VUMAT子程序定義復(fù)合材料層內(nèi)單元材料本構(gòu)關(guān)系,預(yù)測典型的層內(nèi)失效模式,包括纖維拉伸失效、纖維壓縮失效、基體開裂失效和基體擠裂失效,并對失效單元進行相應(yīng)的剛度折減。
2、模型中在復(fù)合材料層合板相鄰兩鋪層間定義了一層層間界面單元,層間分層起始損傷是采用二次名義應(yīng)力判據(jù)來預(yù)測的,層間分層擴展采用的是混合模式的能量準(zhǔn)則來判斷的。有限元預(yù)測結(jié)果和實驗結(jié)果的比較驗證了分析方法和分析模型的準(zhǔn)確性和有效性。關(guān)鍵詞:復(fù)合材料;層合板;層問增韌;低速沖擊;有限元分析中圖分類號:TB332文獻標(biāo)志碼:A文章編號:1005—2615(2013)05—0686—07PredictiononLowVelocityImpactDamageofInterlayer-ToughenedCompositeLaminateXieZonghong,LiuHaihan,ZhangZilong(Sch
3、oolofAstronautics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an,710072,China)Abstract:Baseduponthedataandobservationfromthelowvelocityimpactexperimentoninterlayer—toughenedcompositelaminates,afiniteelementmodel(FEM)isdevelopedtoquantificationallystudythemechanicalbehaviorofinterlayer—toughenedlaminatess
4、ubjecttolowvelocityimpactusingABAQUS.Inthismodel.a(chǎn)VUMATsubroutineiSusedtodefinetheconstitutiverelationshipsandtopredictthestress—basedfailurecriteriaofacompositelamina.Typicalfailuremodes,includingfiberten—silefailure,fibercompressfailure,matrixcrushingandmatrixcracking,areconsideredinthesubrou—tine
5、.ThestiffnessreductionoffailedelementsiSalsoincluded.Cohesiveelementsareintrodueedintothemodelintheregionbetweentwoneighboringlayersinthelaminate.Aquadraticnominalstresscri—terionandapowerlawfracturecriterionareadoptedtopredicttheinitiationandevolutionofdelamina—tion.TheFEMpredictionresultsshowagood
6、agreementwithexperimentaldata,whichvalidatesFEMdevelopedinthisstudy.Keywords:composite;laminate;interlayer—toughened;lowvelocityimpact;finiteelementanalysis復(fù)合材料層合板具有比強度高、比剛度高、抗疲勞和可設(shè)計性強等眾多優(yōu)點,在對結(jié)構(gòu)材料要求非常嚴(yán)格的航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。復(fù)合材料層合板在使用中受到外來物體沖擊后,會在層合板內(nèi)部形成嚴(yán)重的沖擊損傷,而層合板外部往往沒有出現(xiàn)明顯損傷痕跡,這種隱藏的沖擊損傷,尤其是沖擊導(dǎo)致的層合板層與層之
7、間的分離,會降低層合板結(jié)構(gòu)的強度和剛度,從而抑制了該結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用。如何抑制復(fù)合材料層合板層間分層損傷、提高復(fù)合材料層合板的抗沖擊損傷及抗分層能力,一直是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析研究的熱點,具有極為重要的意義。有關(guān)復(fù)合材料層合板沖收稿日期:2013一01—27;修訂日期:2013—07—19通信作者:謝宗蕻,男,教授,博士生導(dǎo)師,E—mail:xzhae@nwpu.edu.erl。航嗚京№甜南d