碳纖維增強鎂合金層板反復沖擊損傷行為預測.pdf

1、纖維金屬層合板(FMLs)是由金屬材料層與纖維增強復合材料層交替堆疊而成，是一種具有三明治結構的新型材料，憑借其獨特的力學性能已成功運用于航空航天等領域。鎂合金作為工程運用中最輕的金屬結構材料，與纖維復合制成的FMLs有潛在的應用價值。為了探索碳纖維復合材料增強的AZ31B鎂合金層合板(Mg/CFRP)的抗沖擊性能，本文使用有限元軟件 ABAQUS/Explicit對其低速沖擊及反復低速沖擊過程進行了數(shù)值模擬分析，詳細研究了其在沖擊載荷

2、下的金屬層損傷、纖維層破壞及界面脫粘等失效模式。
　　界面脫粘是FMLs在低速沖擊下重要的損傷模式。為了能準確的模擬出界面脫粘開裂過程，本文研究了用于控制界面脫粘的指數(shù)內聚力單元本構模型(cohesivezone model, CZM)，并基于該本構模型，使用Fortran語言編寫了適用于ABAQUS/Explicit中模擬界面脫粘的 VUMAT用戶子程序，在與脫粘試驗對比具有良好吻合度的前提下，運用于FMLs沖擊過程中的數(shù)值模擬

3、以研究各層界面的脫粘情況。
　　FMLs中纖維復合材料層采用三維Hashin失效準則，并引入剛度折減，編寫了適用于纖維材料的VUMAT子程序，而鎂合金則考慮了其塑性各向異性本構。首先對文獻中玻璃纖維增強鎂合金板(Mg/GFRP)的單次沖擊試驗進行了數(shù)值模擬，在取得良好的模擬結果后，研究了Mg/CFRP層合板和混雜纖維增強層合板的單次低速沖擊。結果顯示：在沖擊過程中一般非沖擊面會先于沖擊面出現(xiàn)裂紋；與單一碳纖維增強的鎂合金層合板復合

4、材料相比，單一玻璃纖維增強的鎂合金層合板在沖擊載荷作用時出現(xiàn)的沖擊破壞裂紋更小，但前者比后者的抗沖擊變形能力更強；碳纖維層內混雜合適的玻璃纖維鋪層能夠提高碳纖維增強鎂合金層合板的抗沖擊性能。
　　為了探索Mg/CFRP層合板在反復低速沖擊下的損傷情況，本文對其反復沖擊過程進行了數(shù)值模擬，并研究了不同纖維鋪層角度和不同金屬體積分數(shù)對其抗沖擊性能的影響。模擬結果表明：在反復低速沖擊載荷作用下，Mg/CFRP層合板沖擊面首先出現(xiàn)裂縫；在