复合材料加筋板高能量低速冲击损伤特性数值研究

高能量大面积钝物冲击对复合材料飞机运营安全带来较大的威胁。采用Hashin准则和双线性渐进损伤模型模拟层内损伤,采用Cohesive界面元模拟层间损伤,采用Ogden超弹性材料模型作为橡胶材料本构模型,并进行了模型有效性验证,针对复合材料加筋板开展了高能量软体、硬体低速冲击下的损伤特性数值研究。分别分析了加筋板不同位置在刚性冲头和橡胶冲头高能量低速冲击下的冲击响应和损伤过程,对比研究了在冲击过程中加筋板变形和损伤模式。结果表明,刚性冲击下接触压力较大,局部变形和损伤更严重。橡胶冲击下橡胶变形起到了一定缓冲和分散压力的作用,但接触力峰值与刚性冲击相比高出约23%。冲击位置位于筋条时在刚性冲击下的损伤最严重,损伤主要位于蒙皮、筋条腹板和缘条,在橡胶冲击下损伤主要位于蒙皮背部和筋条腹板。与刚性冲击相比,不同位置橡胶冲击下的损伤较小且几乎外部目视不可见。

抗冲击橡胶胶料

据日本专利JP 2 000 290 465报道,标题所说胶料由B-S-B型嵌段共聚物和B型聚合物组成。聚合物嵌段B为含共轭二烯单体的聚合物,S为芳香乙烯化合物的聚合物。B-S-B型嵌段共聚物重均相对分子质量10 000-600 000,芳香乙烯单体残余量10%-60%,S嵌段的重均相对分子质量10 000-150 000。B型聚合物重均相对分子质量100 000-5 000 000。

复合材料层合板钝头体高能量低速冲击响应与损伤特性

高能量大面积钝物冲击(HEWABI)会导致复合材料飞机结构内部发生严重损伤,但在机身外部几乎目视不可见,从而会对飞机运营安全带来较大的威胁。采用不同形状的刚性冲头和橡胶冲头对层合板进行高能量准静态加载试验,随后建立了基于连续介质损伤力学(CDM)的仿真分析模型。结果表明:建立的仿真分析模型可有效预测在刚性和橡胶冲头下的响应和损伤情况。当载荷达到40 kN时,刚性冲头下的层合板会发生严重的分层损伤;而橡胶冲头在加载过程中发生大变形,降低了层合板的局部应力,直至90 kN时仍未对层合板产生任何损伤。层合板损伤情况受刚性冲头形状影响较大,橡胶冲头形状则几乎无影响。