【摘要】：本文選用單向T700/6240碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,簡(jiǎn)稱CFRP)預(yù)浸料,通過(guò)熱壓成型工藝制備層合板。利用低速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn),研究不同沖擊能量下,層合板的損傷形式及損傷機(jī)理。利用ABAQUS有限元軟件,建立T700/6240復(fù)合材料層合板低速?zèng)_擊模型,通過(guò)對(duì)比仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分析模型誤差并對(duì)幾何模型進(jìn)行修正,最終建立適用于全能量場(chǎng)的低速?zèng)_擊模型�；谠摰退�?zèng)_擊模型,研究玻璃纖維、凱夫拉纖維混雜及層間增韌方法對(duì)復(fù)合材料層合板抗沖擊性能的影響。低速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,沖擊能量由10J增至25J,T700/6240復(fù)合材料層合板的最大載荷由4230N增長(zhǎng)至7538N,當(dāng)沖擊能量大于18J之后,層合板最大載荷增長(zhǎng)放緩,故認(rèn)為本文制備的T700/6240層合板沖擊閾值出現(xiàn)在18J附近。基于ABAQUS有限元軟件,采用三維Hashin損傷判據(jù)建立模型,在三種沖擊能量下,最大載荷誤差均小于19%,沖頭最大位移誤差均小于14%,模型滿足建模精度。研究不同種類纖維混雜對(duì)層合板抗沖擊性能的影響,得到玻璃纖維混雜的最佳位置為外層混雜,最佳混雜比為1/6,較單一碳纖維層合板,沖頭最大位移提升7.58%,臨界穿透能增長(zhǎng)1.7%。同時(shí)對(duì)于凱夫拉纖維混雜,得到其最佳混雜位置為外層混雜,最佳混雜比為1/6,較單一碳纖維層合板,最大載荷提升了2.73%,最大位移增大7.16%,且纖維層損傷總面積減小28.20%。對(duì)于層間增韌方法而言,層合板抗沖擊性能優(yōu)化效果最佳的方案為中間增韌12層。具體表現(xiàn)為該種層合板的最大載荷提升6.26%,沖頭最大位移提升7.23%,同時(shí)纖維層損傷面積減小25.90%。增韌膜的加入使得層合板的能量釋放率增大,通過(guò)塑性屈曲的形式提供更大的變形,進(jìn)而吸收更多的沖擊能量。
【圖文】：

料抗沖擊性能優(yōu)化的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀料抗沖擊性能實(shí)驗(yàn)及仿真領(lǐng)域發(fā)展至今，已有眾多國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)復(fù)合材料的沖擊研究方法主要可以分為實(shí)驗(yàn)和仿真兩種。低速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)方面曲線，分析低速?zèng)_擊機(jī)理：高峰[16]等通過(guò)表征低速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)分層損傷起始時(shí)刻與該曲線上出現(xiàn)首個(gè)明 1-1 所示。

圖 1-2 橫向沖擊裝置示意圖 圖 1-3 不同混雜比載荷-時(shí)間曲線G. H. Majzoobi 等[43]人對(duì)比了Kevlar/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料和Kevlar 織物在沖擊條件下的行為，發(fā)現(xiàn)織物在沖擊條件下具有較高的延展性，而 Kevlar/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料中的樹(shù)脂會(huì)以栓子的形式使破壞機(jī)制由韌性變?yōu)榇嘈�。Periyasamy Manikandan 等[44]通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真相結(jié)合的方法研究了單層板能量吸收對(duì)纖維-金屬層合板損傷的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)脆性面沖擊試樣比延性面沖擊試樣沖擊能量吸收小，表現(xiàn)出較少的集中損傷。由于纖維混雜層合板的制備工藝復(fù)雜，碳纖維及混雜纖維的成本高昂，單純通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)化層合板抗沖擊性能有一定的限制性，在此情況下，仿真方法就因其高效、低成本的優(yōu)點(diǎn)，在層合板抗沖擊性能優(yōu)化方面做出了極大的貢獻(xiàn)。楊斌等[45]基于熱壓成型工藝制備了玻璃纖維-碳纖維混雜復(fù)合材料層合板，結(jié)合仿真云圖發(fā)現(xiàn)，沖擊引起的應(yīng)力在碳纖維層中的分布區(qū)域要明顯大于在玻璃纖維中的分布區(qū)域。Supriya Kunwar 等[46]利用 ABAQUS 軟件，對(duì)玻璃纖維、碳纖維和凱夫拉纖維組成的層合板進(jìn)行錐形沖頭的
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB332;TB115

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本文編號(hào)：2591676