复合材料层合板自由边缘冲击失效机制

低速冲击复合材料层合板结构的自由边缘会严重威胁其安全性。本文对T700/YPH307复合材料层合板进行了边缘冲击试验与数值仿真研究。试验中通过目视检测、超声C扫描、电子显微观测及X-ray计算机断层扫描(CT)技术检测了层合板边缘冲击后的损伤状态,揭示了不同边缘冲击能量下,材料内部损伤的三维空间分布形貌。基于Mohr失效面理论,建立了一种考虑各向异性材料断裂面角度的连续介质损伤力学模型,同时结合内聚力模型综合表征了层合板边缘受低速冲击时层内纤维基体损伤与层间分层的起始、扩展和耦合细节。数值预测结果与试验值吻合较好,表明边缘冲击失效机制主要包括两种典型特征,即极限冲击力时形成冲头下方局部碎片楔及稳定波动阶段因楔入作用造成的外侧子层弯曲断裂。此外,边缘冲击能量越高,层合板内部损伤越严重,而铺层顺序对边缘冲击响应与损伤形貌影响相对有限。