粘结单元在模拟FRP层合板低速冲击响应中的应用

纤维增强树脂基复合材料层合板(fibre reinforced plastic composites,FRP)在航空、航天、交通、造船等诸多工程中得到了日益广泛的应用,而其在冲击载荷下的响应和破坏特别是分层一直为学术界所关注。本文中对FRP层合板在冲击载荷下的响应和破坏进行数值模拟,并通过引入粘结层重点研究其分层破坏。首先,介绍一种基于改进的粘结区域方法的粘结层损伤模型;其次,详细介绍了有限元模型建模过程和建模细节;最后,对有限元模型进行验证,并分析分层损伤发生的原因。模拟结果表明,该模型不仅能准确预测FRP层合板在低速冲击载荷下的载荷-时间曲线和载荷-位移曲线,还能成功地预测其分层破坏。

混杂纤维增强环氧树脂复合材料高速冲击损伤行为

开展了混杂纤维自动铺丝环氧树脂复合材料层合板高速冲击失效行为的研究。首先,测试了纯碳纤维增强环氧树脂层合板和纯芳纶纤维增强环氧树脂层合板的准静态力学性能,以获得其力学性能参数;然后,以芳纶纤维质量分数为基准,开展了不同混杂比层合板的钛合金弹体高速冲击试验,探究混杂比对混杂纤维增强环氧树脂复合材料抗冲击性能的影响;接着,建立了混杂纤维增强环氧树脂复合材料层合板的高速冲击有限元模型,基于Murakami-Ohno损伤演化理论建立了复合材料层合板的渐进损伤本构模型,并引入应变率效应系数以考虑应变率的影响,采用损伤变量和单元畸变协同控制单元删除。开展了不同混杂比层合板的高速冲击模拟,分别得到了相应的临界穿透速度。高速冲击试验结果表明,临界穿透速度随着混杂比的增加呈现逐渐增加的趋势,具有正混杂效应。通过与相应的准静态及高速冲击试验结果对比,该模型能够比较准确的预测混杂纤维增强环氧树脂复合材料层合板的准静态力学响应和高速冲击响应,临界穿透速度结果相差在4.5%以内。