复合材料层板高速倾斜冲击损伤分析

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着复合材料应用领域的扩展，复合材料力学性能研究逐渐成为航空航天领域的热门研究方向之一。复合材料力学问题中，复合材料高速冲击损伤问题，尤其是高速倾斜冲击问题，由于涉及到应变率效应，处理难度较大。本文采用三维非线性动力有限元方法，应用ABAQUS有限元分析软件建立了纤维增强复合材料层板高速倾斜冲击损伤分析模型。基于该模型研究了刚性弹丸高速倾斜冲击复合材料的弹道性能以及损伤性能。首先，本文根据复合材料的宏细观结构引入纤维线弹性假设与基体粘弹性假设，推导了单向纤维增强复合材料层板材料主方向上的应力应变关系。通过在复合材料层

2、间引入界面单元模拟层间分层，并结合三维Hashin失效准则进行单层板面内损伤识别和材料刚度折减，本文建立了复合材料层板高速倾斜冲击损伤本构模型。其次，基于损伤本构模型，本文对刚性弹丸高速倾斜冲击下的复合材料层板损伤进行了数值模拟。针对不同入射角度和冲击速度情况研究了复合材料层板高速倾斜侵彻、穿透和破坏的整个过程，详细讨论了入射角度和冲击速度对层板抗弹性能的影响。最后，本文基于数值模拟研究了边界条件对复合材料层板抗弹性能的影响。本文研究了不同边界应力条件、不同冲击速度下的层板损伤，讨论了边界条件和冲击速度对复合材料层板的弹道性能和损伤特性的影响。关键

3、词：高速倾斜冲击，纤维增强复合材料，数值模拟，本构模型，冲击速度，入射角度，边界条件本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I复合材料层板高速倾斜冲击损伤研究ABSTRACTWiththeexpansionofapplicationfieldsofcompositematerial,researchoncompositemechanicalpropertieshasbecomeoneofthehottestresearchtopicsinaviationindustry.Amongallmechanicalproblemsofcomposi

4、te,underhighvelocityimpactdamageproblem,especiallyproblemsofhighvelocityobliqueimpact,wascomplicatedandmuchhardertodealwithbecauseofitsrate-dependentconstitutiveequation.Inthispaper,anumericalanalysismodelforproblemsofhighvelocityobliqueimpactonfiberreinforcedcompositewasestab

5、lishedbasedon3DnonlineardynamicfiniteelementanalysisbyusingFiniteElementAnalysisSoftwareABAQUS.Basedonthismodel,researchwasmadeonballisticpropertyandlaminatesdamagepropertyofcompositesunderhighvelocityobliqueimpactofrigidprojectile.Firstly,Accordingtothemacroscopicandmicroscop

6、icstructureofcompositelaminates,arate-dependentconstitutiveequationforcompositelaminateswasdeducedbyassumingfiberaslinearelasticrate-independentandassumingmatrixasviscoelastic.Cohesiveelementswereintroducedintolayerstosimulatedelaminationand3D-Hashinfailurecriteriaareusedtopre

7、dictin-planedamageforstiffnessreduction.Furthermore,a3Drate-dependentContinuumDamageconstitutiveModel(CDM)wasestablishedformodelinghighvelocityobliqueimpactproblemoffiberreinforcedcompositelaminate.Secondly,basedonCDM,problemsofcompositesdamageunderhighvelocityobliqueimpactofr

8、igidprojectilesweresimulated.Thewholeprocessofpenetration,pie