PVC泡沫夾芯碳纖維-環(huán)氧樹脂夾芯板低速沖擊數(shù)值模擬.pdf

1、復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)由于具有比強度高、比模量大、可設(shè)計性強、阻尼和吸能等特點，被廣泛應(yīng)用于航空航天構(gòu)件、軍艦殼體、高速列車車廂及建筑材料。然而復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)、安裝、服役等過程中容易受到外來不可預(yù)知形狀物體的撞擊，如鳥、冰雹、沙石的碰撞，會使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生肉眼不可觀測到的損傷(比如芯材坍塌或壓碎損傷)，從而會降低結(jié)構(gòu)的強度和使用壽命，對結(jié)構(gòu)的安全使用造成潛在威脅。因此，有必要對其在靜態(tài)或者動態(tài)載荷下的變形和沖擊行為進行研究，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)

2、化設(shè)計能夠提供理論參考依據(jù)。
　　本文主要在ABAQUS有限元分析軟件中建立三維PVC泡沫碳纖維/環(huán)氧樹脂夾芯板有限元模型。采用三維Hashin失效準則預(yù)測面板的初始失效模式、零厚度的界面粘結(jié)單元模擬不同界面間的層間損傷、可壓碎泡沫塑性模型模擬PVC泡沫芯材的塑性應(yīng)變行為。結(jié)合文獻中的實驗研究結(jié)果驗證了建模方法的有效性及模型的可行性。然后分析了兩種接觸算法和相互作用區(qū)域網(wǎng)格大小對接觸力-位移曲線、內(nèi)能和耗散能及分層面積大小的影響。

3、同時分析了芯材厚度、沖頭形狀、混雜纖維面板對耗散能和層間損傷面積大小的影響。分析結(jié)果表明：
　　（1）通用接觸和面面接觸作用下，面面接觸更適合分析夾芯板的沖擊響應(yīng)。其得到的接觸力歷程曲線光滑，對臨界值和相互作用時間影響較小，與實驗值的誤差小。
　　（2）相互作用區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格尺寸的分析結(jié)果表明：損傷耗散能對網(wǎng)格尺寸的依賴性較大，耗散能隨網(wǎng)格尺寸的增大而降低。相對而言，其對接觸力的影響較小。
　?。?）PVC芯材厚度分析結(jié)果

4、表明：夾芯板的最大接觸力隨著芯材厚度的增加有降低的趨勢，達到最大接觸力的時間也有所延后；同時芯材厚度增大，相同沖擊能量下，沖擊接觸時間也會增加。
　?。?）三種沖頭分析結(jié)果表明：壓頭接觸表面越大，接觸力曲線的寬度越窄、初始沖擊能量相同時，其接觸力歷程曲線上有最大接觸力，曲線頂端平緩區(qū)域短，與夾芯板發(fā)生相互作用的時間最短；壓頭接觸表面小的，接觸力歷程曲線頂端平緩區(qū)域較長、最大接觸力小，但與面板的相互作用時間最長；分析沖擊前后速度隨時

5、間的變化關(guān)系可知，有較大接觸面的沖頭與面板發(fā)生相互作用后的剩余速度最大，接觸面小的錐形沖頭剩余速度絕對值最小。
　?。?）混雜纖維面板夾芯結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明：通過分析層間損傷可知，雖然增大碳纖維層比例能夠提高夾芯板整體的抗沖擊性能，但是其層間損傷最大；與沖頭最先接觸的表面層纖維為芳綸時，可以有效降低層間損傷面積。分析了ACCCA、CACAC、CCACC三種混雜面板蒙皮與芯材單元節(jié)點的位移歷程曲線，ACCCA面板夾芯結(jié)構(gòu)的芯材在4J和