不同鋪設(shè)角度面板-泡沫夾芯復(fù)合材料準(zhǔn)靜態(tài)侵徹和低速?zèng)_擊性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)研究.pdf

1、泡沫夾芯復(fù)合材料因輕質(zhì)和高抗彎剛度已被廣泛應(yīng)用到高速車輛和飛機(jī)等領(lǐng)域，研究泡沫夾芯復(fù)合材料力學(xué)性質(zhì)對(duì)進(jìn)一步工程應(yīng)用和設(shè)計(jì)有重要意義。本文研究目的是從實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值模擬兩個(gè)途徑揭示具有不同鋪設(shè)角度碳纖維預(yù)浸料面板/泡沫夾芯復(fù)合材料在準(zhǔn)靜態(tài)侵徹和低速?zèng)_擊下的能量吸收與損傷機(jī)理，用于夾芯復(fù)合材料抗沖擊設(shè)計(jì)。
　　實(shí)驗(yàn)采用MTS材料測(cè)試系統(tǒng)和Dynatup 9250HV落錘沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)分別測(cè)試夾芯復(fù)合材料的靜態(tài)侵徹與低速?zèng)_擊性能，研究不同

2、鋪層方式對(duì)夾芯復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明，單軸向鋪層[0°]8的泡沫夾芯復(fù)合材料在靜態(tài)測(cè)試中具有最大載荷峰值，而在低速?zèng)_擊測(cè)試中載荷峰值、沖擊位移與能量吸收均最小，破壞面積、沖擊深度及裂紋長(zhǎng)度最大。在相同沖擊能量條件下，[±45°]2。鋪層方式比[0°]8，[0°，90°]2s,和[0°，+45°，90°，-45°]s鋪層方式吸收更多的能量，并且沖擊深度最淺，說(shuō)明[±45°]2s鋪層方式具有更好的動(dòng)態(tài)機(jī)械性能。加載速度對(duì)夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材

3、料影響很大，靜態(tài)加載中泡沫夾芯復(fù)合材料表現(xiàn)為韌性，而動(dòng)態(tài)中表現(xiàn)為脆性。
　　采用有限元方法計(jì)算夾芯復(fù)合材料在靜態(tài)侵徹與低速?zèng)_擊下的初始損傷、損傷擴(kuò)展以及最終破壞情況。材料芯層定義為可壓縮泡沫，碳纖維復(fù)合材料面板采用Hashin準(zhǔn)則定義失效。模擬結(jié)果表明，不同能量沖擊下的載荷-位移曲線、接觸時(shí)間、載荷峰值、能量吸收以及破壞形態(tài)均與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較高的一致性。材料破壞形態(tài)包括芯層破壞、碳纖維復(fù)合材料面板破壞以及界面破壞。芯層破壞是典型的斷

4、裂與壓碎，碳纖維復(fù)合材料面板破壞表王見(jiàn)為基體開裂和分層，并在纖維斷裂后產(chǎn)生顯著壓痕，界面間裂紋擴(kuò)展方向是從拉伸側(cè)向擠壓側(cè)擴(kuò)展。模擬結(jié)果的損傷尺寸與形態(tài)相比實(shí)驗(yàn)更均勻。碳纖維復(fù)合材料面板鋪層方式對(duì)夾芯復(fù)合材料的破壞形態(tài)有很大影響，選擇不同鋪層方式可以使泡沫夾層復(fù)合材料具有更優(yōu)異的耐沖擊性能。
　　本文針對(duì)不同鋪設(shè)角度面板/泡沫夾芯復(fù)合材料在靜態(tài)侵徹與低速?zèng)_擊性能方面的研究結(jié)果，將可以應(yīng)用于此類材料在T型梁、殼和平板等工程結(jié)構(gòu)的防沖擊