复合材料板冲击拉伸性能的实验研究与数值模拟

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1、摘要随着纤维增强复合材料在航空、航天、兵器、汽车工业以及其他领域El益广泛的应用，研究在动载荷作用下复合材料的力学性能、变形和破坏机理越来越受到工程界和学术界的关注。实际生活中经常会遇到各种类型的冲击载荷，复合材料层合板对冲击载荷的作用很敏感，容易受冲击而损伤，由此导致复合材料构件的强度或承载能力下降。因此，研究复合材料的动态力学行为以及冲击问题，分析和预测复合材料在冲击载荷下的力学性能，萨确认识复合材料层合板在冲击载荷下的损伤演化和破坏机制，对于评定复合材料的抗冲击损伤性能，复合材料结构的损伤容限验证、分析以及确定复合材料结构的设计

2、许用值，保证结构的安全性，无疑具有非常实际的意义。本项目就是针对复合材料在高应变速率下的力学行为，从实验测试、理论分析和数值模拟三个方面进行研究，具体内容包括：在高应变率下，测试了玻璃布一环氧层合板和碳纤维增强复合材料板这两种材料在冲击载荷下的应力应变曲线，确定了杨氏模量、拉伸强度、破坏应变和泊松比等力学参数；对含缺陷，损伤的复合材料层合板进行实验测试，分析其损伤扩展过程和特征，研究应变率对材料破坏和损伤演化过程的影响：实验结果表明：玻璃布一环氧层合板和碳纤维增强复合材料板具有明显的应变率效应。通过对带裂纹试件的测试，还表明这两种层板

3、材料具有动态韧性：对高应变率下复合材料层合板的力学响应以及失效情况进行数值模拟：运用Ansys结构分析模块建立了带连接段的SHPB实验模型：运用Ansys的复合材料层板结构模拟了复合材料层合板试件；运用瞬态分析方法模拟冲击载荷下的应力波的传播过程；运用Ansys提供的粘弹性材料模型模拟粘接胶层部位的受力过程；根据蔡一吴失效准则进行了复合材料层台板的初步失效分析。关键词：复合材料层合板高应变率本构模型实验测试有限元数值模拟ABSTRACTFibre—reinforcedcompositelaminateshavebeenwidelyus

4、edinstructuralengineeringapplicationssuchasinautomobile，aircraft，avigation，weaponmanufactureandothermodernindustries．Theirmechanicalresponseandfailurebehavior，therefore，haveattactedconsiderableresearchinterestinthelastseveraldecades．Underdifferentloadingconditionsthesem

5、aterialsexhibitextremelycomplexdamagemodes．Damageandfailurecanoccurindynamicfashion，usuallytriggeredbysuddenstructuraloverload(e．g．，shock，foreignbodyimpact)Undermanyserviceconditions．Asaresult，itisdoubtlessimportantforassessmenttoresearchofcompositelaminates’dynamicmech

6、anicalbehaviorandimpact，analysisandpredictmechanicalproperties，makeoutmechanicsofdamaged．Inthispaper，experimentandfiniteelementresultsarepresentedtodescribetheanisotropicstatesofstresss，strainanddamageofcompositelaminates．Thedetailsareasfollows：Testthestress—straincurve

7、，tensilestrengthandfailurestrainofcompositelaminatesathighstrainrate．TheexperimentshowscompositelaminatesCFRPandGFRParesensitivetothestrainrate．Inaddition，theexperimentwithnotchedspecimendetectsdynamicroughnessofCFRPandGFRP．Simulateandanalyzethemechanicalresponseandfail

8、ureofcompositelaminatesaccordingtotsai—Vrllfailurecriterionunderdynamicloading．ApplyFEAsoftwareansystosimulate