不同鋪設角度面板-泡沫夾芯復合材料準靜態(tài)侵徹和低速沖擊性質實驗和數(shù)據(jù)研究.pdf

1、泡沫夾芯復合材料因輕質和高抗彎剛度已被廣泛應用到高速車輛和飛機等領域，研究泡沫夾芯復合材料力學性質對進一步工程應用和設計有重要意義。本文研究目的是從實驗測試和數(shù)值模擬兩個途徑揭示具有不同鋪設角度碳纖維預浸料面板/泡沫夾芯復合材料在準靜態(tài)侵徹和低速沖擊下的能量吸收與損傷機理，用于夾芯復合材料抗沖擊設計。
　　實驗采用MTS材料測試系統(tǒng)和Dynatup 9250HV落錘沖擊試驗系統(tǒng)分別測試夾芯復合材料的靜態(tài)侵徹與低速沖擊性能，研究不同

2、鋪層方式對夾芯復合材料性能的影響。結果表明，單軸向鋪層[0°]8的泡沫夾芯復合材料在靜態(tài)測試中具有最大載荷峰值，而在低速沖擊測試中載荷峰值、沖擊位移與能量吸收均最小，破壞面積、沖擊深度及裂紋長度最大。在相同沖擊能量條件下，[±45°]2。鋪層方式比[0°]8，[0°，90°]2s,和[0°，+45°，90°，-45°]s鋪層方式吸收更多的能量，并且沖擊深度最淺，說明[±45°]2s鋪層方式具有更好的動態(tài)機械性能。加載速度對夾芯結構復合材

3、料影響很大，靜態(tài)加載中泡沫夾芯復合材料表現(xiàn)為韌性，而動態(tài)中表現(xiàn)為脆性。
　　采用有限元方法計算夾芯復合材料在靜態(tài)侵徹與低速沖擊下的初始損傷、損傷擴展以及最終破壞情況。材料芯層定義為可壓縮泡沫，碳纖維復合材料面板采用Hashin準則定義失效。模擬結果表明，不同能量沖擊下的載荷-位移曲線、接觸時間、載荷峰值、能量吸收以及破壞形態(tài)均與實驗結果有較高的一致性。材料破壞形態(tài)包括芯層破壞、碳纖維復合材料面板破壞以及界面破壞。芯層破壞是典型的斷

4、裂與壓碎，碳纖維復合材料面板破壞表王見為基體開裂和分層，并在纖維斷裂后產生顯著壓痕，界面間裂紋擴展方向是從拉伸側向擠壓側擴展。模擬結果的損傷尺寸與形態(tài)相比實驗更均勻。碳纖維復合材料面板鋪層方式對夾芯復合材料的破壞形態(tài)有很大影響，選擇不同鋪層方式可以使泡沫夾層復合材料具有更優(yōu)異的耐沖擊性能。
　　本文針對不同鋪設角度面板/泡沫夾芯復合材料在靜態(tài)侵徹與低速沖擊性能方面的研究結果，將可以應用于此類材料在T型梁、殼和平板等工程結構的防沖擊