基于面胞-内胞建模的三维编织复合材料冰球撞击分析方法及验证

针对碳/环氧树脂三维四向编织复合材料开展冰球高速冲击下的损伤研究。应用空气炮冲击实验系统,分别用三种不同冲击速度进行冲击实验,对试件的主要损伤位置进行工业CT扫描,观察其内部损伤形式。分别考虑面胞区域和内胞区域的不同,应用宏观本构模型和冰球的应变率相关材料模型建立冰球冲击三维编织复合材料的有限元仿真模型,研究复合材料厚度和冰球冲击角度对材料损伤的影响,并与实验进行对比验证。结果表明:面胞区域的基体损伤程度相较于内胞区域更严重;迎弹面的损伤面积一般要大于背弹面;斜撞击的冲击角度对损伤面积和损伤位置有所影响,随着冲击角度降低,复合材料的损伤面积也会减小;提升复合材料板的厚度可以提高吸收能量的能力并降低材料损伤面积。