Ti-CFRP-Ti夾層結(jié)構(gòu)高速?zèng)_擊損傷研究.pdf

1、飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件在服役過程中會(huì)遭受多種高速?zèng)_擊，由于相對(duì)速度較大，沖擊能量很高，從而造成不同程度的損傷，進(jìn)而影響飛機(jī)的工作性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)飛機(jī)造成災(zāi)難性破壞。本文基于“先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研究計(jì)劃”，以某型飛機(jī)復(fù)合材料抗高速?zèng)_擊結(jié)構(gòu)為應(yīng)用背景，研究了新型的Ti/CFRP/Ti（鈦合金/碳纖維復(fù)合材料/鈦合金）夾層結(jié)構(gòu)并成功制備出性能優(yōu)良的Ti/CFRP/Ti夾層結(jié)構(gòu)；通過高速?zèng)_擊試驗(yàn)獲得了夾層結(jié)構(gòu)的損傷臨界值以及損傷狀態(tài)；結(jié)合有限元數(shù)值模

2、擬，通過與純CFRP層板的高速?zèng)_擊損傷對(duì)比，研究了Ti/CFRP/Ti夾層結(jié)構(gòu)抗高速?zèng)_擊損傷機(jī)理，為Ti/CFRP/Ti夾層結(jié)構(gòu)在航空航天器上的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　（1）研究了鈦合金表面處理方法及膠粘劑種類對(duì)鈦合金復(fù)合材料單搭接接頭剪切強(qiáng)度的影響，獲得了Ti/CFRP/Ti夾層結(jié)構(gòu)制備工藝參數(shù)，確定了鈦合金采用氫氧化鈉堿性陽極化的表面處理方法，選用J272環(huán)氧膠膜為膠粘劑，成功制備了Ti/CFRP/Ti夾層結(jié)構(gòu)試件。
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3、2）采用空氣炮試驗(yàn)系統(tǒng)開展了Ti/CFRP/Ti夾層結(jié)構(gòu)高速打靶試驗(yàn)，獲得了Ti/CFRP/Ti夾層結(jié)構(gòu)靶板的臨界擊穿速度，分析了靶板的損傷情況，結(jié)果表明，前置鈦板主要呈現(xiàn)出剪切沖塞失效模式，芯層復(fù)合材料纖維拉斷，膠層脆裂，后置鈦板則表現(xiàn)為撕裂型破壞，且后置鈦板的損傷明顯大于前置鈦板。與純CFRP靶板的高速?zèng)_擊進(jìn)行了對(duì)比，純CFRP靶板受球半徑2mm的軸承鋼珠沖擊的臨界擊穿速度為203 m/s，Ti/CFRP/Ti夾層結(jié)構(gòu)的這一數(shù)值為3

4、41 m/s。
　?。?）基于Hashin準(zhǔn)則和Johnson-Cook材料模型，采用非線性有限元方法，應(yīng)用ABAQUS/Explicit建立了Ti/CFRP/Ti夾層結(jié)構(gòu)高速?zèng)_擊損傷有限元分析模型，模擬了靶板高速?zèng)_擊損傷的破壞過程，并與試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了該有限元模型的合理性及有效性。
　?。?）在上述研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步應(yīng)用該模型，討論了沖擊速度、彈丸尺寸、芯層復(fù)合材料的鋪層、前置鈦板與后置鈦板的厚度配置等因素對(duì)沖擊響