碳纤维复合材料层合板低速冲击损伤应力分析

目的 为掌握碳纤维复合材料板在低速冲击载荷作用下的损伤规律,延缓失效破坏,对其冲击损伤的应力状态进行研究。方法 基于ABAQUS平台,建立碳纤维复合材料层合板低速冲击有限元模型,采用Hashin失效准则和VUMAT用户子程序,对碳纤维复合材料层合板的冲击过程进行数值模拟,同时考虑层合板层内与层间失效,以此来研究低速冲击条件下复合材料的损伤机理,分析冲击损伤过程中的应力变化趋势,讨论应力的分布状态。重点研究铺层角度及铺层距离冲头远近对应力的影响。结果 不同角度铺层的应力传播轨迹均沿着纤维方向和垂直于纤维方向同时扩展,应力均先增加至极限值而后迅速下降;铺层角度越大,板料的承载能力越弱,0°铺层的极限应力为1 432 MPa,而90°铺层的极限应力降至1 206 MPa;离冲头越远的铺层应力越小,达到峰值的时间更早且率先下降,说明远离冲头的铺层更早发生失效。结论揭示了碳纤维层合板在低速冲击载荷作用下的应力状态及其对损伤的影响规律,能够为复合材料层合板零件设计提供参考。

碳纤维复合材料层合板低速冲击影响因素

针对碳纤维复合材料层合板在冲击载荷作用下易发生不同形式损伤的实际情况,基于ABAQUS软件建立了碳纤维复合材料层合板低速冲击模型,分析了低速冲击工况下复合材料板的渐进累积损伤。利用Cohesive界面单元模拟了分层损伤,并调用Hashin失效准则和Vumat子程序对冲击过程进行了数值模拟,分析了工艺参数对冲击结果的影响。结果表明,复合材料层合板损伤由层合板中心萌生并沿径向扩展,最终率先在层合板中心位置发生失效破坏;层合板相邻铺层角度差值越大,吸能性越好;冲击能量越大,损伤面积越大,但当能量值超过27 J时,损伤面积增加速度放缓。