織物復(fù)合材料低速沖擊特性與損傷機(jī)理研究.pdf

1、空間充氣展開結(jié)構(gòu)因?yàn)樵谕ㄐ藕蛙娛碌确矫娴闹匾獞?zhàn)略地位而備受關(guān)注，作為空間充氣展開結(jié)構(gòu)主要使用材料的織物復(fù)合材料，其研究工作也日益受到人們的重視。
　　本文研究了固化后的空間充氣展開結(jié)構(gòu)材料（碳纖維織物和芳綸織物復(fù)合材料）的低速沖擊破壞模式和損傷機(jī)理，考慮不同加載速率、材料自身特性參數(shù)(鋪層數(shù)量和鋪層方式)對低速沖擊特性的影響，并針對低速沖擊作用下的復(fù)合材料層合板建立三維有限元模型。
　　研究表明，織物復(fù)合材料低速沖擊破壞模式

2、與增強(qiáng)纖維的性質(zhì)有關(guān)：碳纖維織物復(fù)合材料在宏觀上表現(xiàn)為脆性斷裂模式，以纖維剪斷為主，伴隨沿織物方向的基體開裂以及基體與纖維脫粘，正面損傷區(qū)域近似圓形；芳綸織物復(fù)合材料呈現(xiàn)明顯的以應(yīng)力集中處為中心的十字形破壞區(qū)域，基體沿織物方向產(chǎn)生開裂，開裂處大量纖維拉伸斷裂及拔出，纖維出現(xiàn)原纖化。失效過程分為四個階段，但兩種材料存在差異：碳纖維織物復(fù)合材料依次經(jīng)歷了彎曲變形、大量纖維斷裂、穿透和擴(kuò)孔階段；而芳綸織物復(fù)合材料經(jīng)歷了彎曲變形、大量纖維斷裂和

3、拔出、穿透以及裂紋沿織物方向擴(kuò)展階段?？椢飶?fù)合材料的能量吸收過程包括初始階段、線性增加階段和穩(wěn)定階段，能量的吸收途徑主要包括層合板的彎曲變形、纖維斷裂和拔出、基體開裂、纖維與基體的脫粘以及分層等，纖維斷裂是織物復(fù)合材料吸收能量的主要方式。
　　織物復(fù)合材料的破壞模式和低速沖擊響應(yīng)受加載速率、鋪層數(shù)量和鋪層方式的影響。碳纖維織物復(fù)合材料的破壞模式和沖擊響應(yīng)與加載速率相關(guān)，表現(xiàn)出了明顯的應(yīng)變率效應(yīng)，沖擊速度的提高使得材料的抗穿透能力增

4、強(qiáng)，芳綸纖維織物復(fù)合材料則對應(yīng)變率不敏感；碳纖維織物和芳綸織物復(fù)合材料的抗沖擊特性具有明顯的厚度效應(yīng)，隨著鋪層數(shù)量的增加，材料的能量吸收性能和抗沖擊能力提高；鋪層方式的研究表明，在設(shè)計抗沖擊層合板時，要盡量避免具有相同方向鋪層的鋪層組，同時外表面優(yōu)先選擇(±45)鋪層結(jié)構(gòu)，并以(0，90)鋪層居多為宜。
　　基于顯示有限元軟件ABAQUS/Explicit和復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，建立了沖擊作用下的有限元分析模型；通過標(biāo)準(zhǔn)的拉