含低速冲击损伤层合板的压缩破坏研究

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1、第4卷第4期2013年11月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．4No．4NOV．2013文章编号：1674—8190(2013)04—503—06含低速冲击损伤层合板的压缩破坏研究林淡，张博平，江兴亨(西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：层合板低速冲击后的压缩破坏研究对于复合材料结构设计具有重要意义。按照ASTMD7136、D7137试验标准对CCF300／5228层合板进行低速冲击和压缩试验；基于累积损伤理论，以低速冲击数值仿真得到的损伤作为初始损伤，结合应变失效准则和材料性能退化方法，建立含低速冲击

2、损伤层合板的压缩破坏分析模型；使用该模型研究CCF300／5228层合板的损伤演化过程和剩余压缩强度。结果表明：该模型能够较好地解释试验过程中的损伤现象，预测含冲击损伤层合板的剩余压缩强度；损伤扩展和破坏模式与试验结果一致性好。关键词：复合材料；低速冲击；损伤；剩余压缩强度；破坏模式中图分类号：V214．8文献标识码：AStudyonCompressionFailureofLaminateswithLow—velocityImpactDamageLinDan，ZhangBoping，JiangXingheng(SchoolofAeronautics，NorthwesternPolyt

3、echnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Theresearchofcompositelaminatesafterlow-velocityimpactcompressivefailureisofimportantsig—nificanceincompositestructuredesign．AccordingtOtheASTMD7136andD7137teststandard，thelow—ve—locityimpacttestandcompressivetestofCCF300／5228laminateareconducted．Ba

4、sedonthecumulativedam—agetheory，amodelwhichsetsthedamagesobtainedfromthelow—velocityimpactnumericalsimulationastheinitialdamagesisestablishedtOexplorecompressionfailureofcompositelaminateswithlow—velocityimpactdamage．Inthismodel，thestrainfailurecriterionisappliedandthedegradationofthematerialpr

5、opertiesisconsidered．Finally，thedamageevolutionandresidualcompressivestrengthofCCF300／5228laminatesarestudiedbythismodel．Theresultsshowthatthismodelcanexplainthefailurephenomenonwellduringtheex—perimentandpredicttheresidualcompressivestrengthoflaminatesaccurately．Anditisprovedthatthedamagepropa

6、gationandfailuremodefromthemodelareagreedwellwiththeexperimentalresults．Keywords：composite；low—velocityimpact；damage；residualcompressivestrength；failuremode0引言复合材料结构在制造和使用过程中，经常会受到各种不可避免的低速冲击，如维修工具掉落、起飞和着陆时跑道上碎石的撞击等，这些冲击造成的损伤从材料表面上几乎很难发现，但内部可能会产收稿日期：2012—1卜30；修回日期：2012—12-29通信作者：林淡，lindanl988．0

7、1．30@163．corn生基体开裂、分层等多种形式的损伤。研究表明，这些内部损伤将使层合板的力学性能严重退化，压缩强度甚至会削弱35％～40％[1]，导致承载能力大大降低，对结构应用造成潜在的威胁。低速冲击后层合板的压缩性能也是复合材料结构损伤容限设计必须考虑的最严重情况之一[2]。因此，复合材料低速冲击损伤特性与冲击后压缩的力学性能受到许多研究者的关注。T．Gottesman等_3]把冲击损伤划区域分成大小不一的多个正交矩形子块来模拟冲击造成的分504