碳纖維增強塑料（Carbon Fibre Reinforced Plastic,CFRP）以其耐燒蝕、耐高溫、質(zhì)量輕、比強度高、比模量大、減振吸能且易整體大面積成形等特點,逐漸取代了傳統(tǒng)的金屬材料,成為航空航天領(lǐng)域更為理想的結(jié)構(gòu)材料。隨著復合材料在航空器上的大量應(yīng)用,在遭遇極端冰雹天氣時復合材料的表現(xiàn)逐漸受到了各界的廣泛關(guān)注。本文以CFRP平板及不同曲率的拱形板為研究對象,建立一級氣體輕氣炮/液氮冷卻加載系統(tǒng)發(fā)射冰彈開展CFRP復合材料層合板的高速撞擊實驗,通過實驗測試、數(shù)值模擬及理論分析對冰彈撞擊CFRP平板和不同曲率的拱形板進行毀傷機理研究,并建立了相關(guān)理論模型。在冰彈以不同速度撞擊CFRP平板及曲率半徑分別為97mm、145mm和184mm的CFRP拱形板實驗研究中,測量冰彈著靶處的沖擊壓力、著靶處附近X-Y方向的應(yīng)變及撓度等物理量,利用高速攝像機對撞擊過程進行圖像采集,并且對撞擊后的CFRP靶板切樣進行微觀分析。結(jié)果表明:冰彈撞擊該CFRP平板的臨界分層破壞壓力閾值約為1700N;拱形CFRP板在典型工況（超過破壞閾值）下的撞擊過程中纖維增強體的第5、6和7層產(chǎn)生了IFF,IF... 

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 冰的力學特性研究
        1.2.2 碳纖維增強復合材料的實驗研究
        1.2.3 冰雹粒子沖擊載荷實驗及相關(guān)數(shù)值模擬
        1.2.4 冰彈的本構(gòu)模型的研究現(xiàn)狀
    1.3 本文擬解決的關(guān)鍵問題
    1.4 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 實驗系統(tǒng)的構(gòu)建
    2.1 實驗總體方案
    2.2 實驗加載設(shè)備
        2.2.1 一級輕氣炮
        2.2.2 霍普金森加載系統(tǒng)
    2.3 實驗測試設(shè)備
        2.3.1 高速攝像機采集系統(tǒng)
        2.3.2 激光測速/爆速儀系統(tǒng)
        2.3.3 沖擊壓力測試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
        2.3.4 電阻應(yīng)變片/超動態(tài)應(yīng)變儀測試系統(tǒng)
    2.4 實驗材料
        2.4.1 CFRP平板
        2.4.2 不同曲率的CFRP拱形板
        2.4.3 實驗彈丸的選擇
    本章小結(jié)
第3章 冰彈高速撞擊CFRP層合板的實驗研究及分析
    3.1 冰彈高速撞擊CFRP平板的實驗研究
        3.1.1 實驗及測試系統(tǒng)
        3.1.2 冰彈撞擊CFRP平板的過程采集及分析
        3.1.3 著靶處沖擊壓力測量及分析
        3.1.4 著靶處X-Y方向應(yīng)變測量及分析
        3.1.5 著靶處表面微觀毀傷形貌分析
        3.1.6 著靶處靶板內(nèi)部的微觀分析
    3.2 冰彈撞擊CFRP拱形板的實驗研究
        3.2.1 實驗及測試系統(tǒng)
        3.2.2 冰彈撞擊CFRP拱形板過程的采集及分析
        3.2.3 著靶處撓度的測量及分析
        3.2.4 著靶處沖擊壓力的測量及分析
        3.2.5 著靶處附近X-Y方向應(yīng)變的測量及分析
        3.2.6 著靶處靶板內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)分析
    本章小結(jié)
第4章 冰彈撞擊CFRP層合板有限元數(shù)值模擬及實驗驗證
    4.1 冰彈高速撞擊CFRP層合板數(shù)值模擬技術(shù)路線
    4.2 CFRP層合板的模型建立
        4.2.1 CFRP平板模型的建立
        4.2.2 CFRP拱形板模型的建立
    4.3 CFRP層合板本構(gòu)方程的建立
    4.4 冰的參數(shù)獲取及本構(gòu)模型的建立
    4.5 網(wǎng)格設(shè)置
    4.6 CFRP復合材料層合板的失效準則
    4.7 冰彈高速撞擊CFRP平板數(shù)值模擬與實驗結(jié)果的對比
        4.7.1 冰彈高速撞擊CFRP平板過程的對比分析
        4.7.2 沖擊壓力及著靶處附近應(yīng)變的對比分析
        4.7.3 損傷模式對比分析
        4.7.4 冰彈高速撞擊CFRP平板數(shù)值模擬的失效分析
    4.8 冰彈高速撞擊拱形層合板數(shù)值模擬與實驗結(jié)果對比
        4.8.1 冰彈高速撞擊CFRP拱形板過程的對比分析
        4.8.2 沖擊壓力、應(yīng)變及撓度的對比分析
        4.8.3 毀傷模式的對比分析
    本章小結(jié)
第5章 冰彈撞擊CFRP層合板物理模型的建立
    5.1 冰彈撞擊CFRP平板理論模型的建立
        5.1.1 經(jīng)典層合板理論
        5.1.2 撞擊模型的建立
        5.1.3 理論模型計算值與數(shù)值模擬結(jié)果對比
    5.2 冰彈高速撞擊拱形層合板理論模型的建立
        5.2.1 CFRP拱形板的撓度理論控制方程
        5.2.2 撞擊模型的建立
        5.2.3 理論模型計算值與數(shù)值模擬結(jié)果對比
    本章小結(jié)
結(jié)論
展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3683305