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Nonlinear progressive damage model for composite laminates used for low-velocity impact 被引量:11
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作者 郭卫 薛璞 杨军 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 2013年第9期1145-1154,共10页
In order to effectively describe the progressively intralaminar and interlam- inar damage for composite laminates, a three dimensional progressive damage model for composite laminates to be used for low-velocity impac... In order to effectively describe the progressively intralaminar and interlam- inar damage for composite laminates, a three dimensional progressive damage model for composite laminates to be used for low-velocity impact is presented. Being applied to three-dimensional (3D) solid elements and cohesive elements, the nonlinear damage model can be used to analyze the dynamic performance of composite structure and its failure be- havior. For the intralaminar damage, as a function of the energy release rate, the damage model in an exponential function can describe progressive development of the damage. For the interlaminar damage, the damage evolution is described by the framework of the continuum mechanics through cohesive elements. Coding the user subroutine VUMAT of the finite element software ABAQUS/Explicit, the model is applied to an example, i.e., carbon fiber reinforced epoxy composite laminates under low-velocity impact. It is shown that the prediction of damage and deformation agrees well with the experimental results. 展开更多
关键词 composite laminate progressive damage delamination energy release rate low-velocity impact
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缝纫对复合材料层合板强度和抗冲击性能的影响 被引量:12
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作者 桂良进 程小全 +2 位作者 寇长河 郦正能 谢向莉 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第4期368-371,共4页
主要研究了缝纫对复合材料层合板的强度和抗冲击性能的影响。通过对不同缝纫密度、缝纫方向、缝线材料和缝线直径的试件进行试验研究 ,分析了缝纫参数对层合板的压缩强度、层间剪切强度、断裂韧性 GIC和 GIIC、低速冲击损伤以及冲击后压... 主要研究了缝纫对复合材料层合板的强度和抗冲击性能的影响。通过对不同缝纫密度、缝纫方向、缝线材料和缝线直径的试件进行试验研究 ,分析了缝纫参数对层合板的压缩强度、层间剪切强度、断裂韧性 GIC和 GIIC、低速冲击损伤以及冲击后压缩 ( CAI)强度的影响。结果表明 :缝纫使层合板的 GIC和 GIIC有明显提高 ;随缝纫密度的增大 ,层间剪切强度和 CAI强度有显著提高 ,冲击分层损伤面积有一定程度的减小 ;但它们与缝线的直径关系不大。 展开更多
关键词 缝纫层合板 断裂韧性 冲击损伤 压缩强度
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纤维/镁合金混杂层合板低速冲击响应及损伤模拟 被引量:7
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作者 周霞 李凯 +1 位作者 陈成杭 陈星驰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第22期1-9,共9页
为了研究新型纤维增强镁合金混杂层合板在低速冲击下的力学响应,分别对由玻璃纤维、碳纤维和二者混杂增强的AZ31B镁合金层合板在不同冲击能量下的落锤低速冲击试验进行了数值模拟。基于镁合金各向异性塑性本构和指数关系界面脱粘内聚力... 为了研究新型纤维增强镁合金混杂层合板在低速冲击下的力学响应,分别对由玻璃纤维、碳纤维和二者混杂增强的AZ31B镁合金层合板在不同冲击能量下的落锤低速冲击试验进行了数值模拟。基于镁合金各向异性塑性本构和指数关系界面脱粘内聚力本构模型,同时纤维复合材料层采用三维Hashin失效准则且引入刚度折减,编写了复合材料层板损伤的VUMAT子程序,并将该子程序嵌入ABAQUS/Explicit中实现对层合板冲击过程的模拟。研究了该纤维层合板在不同冲击能量下的动态冲击响应以及脱粘与损伤演化规律,分析了冲击载荷、形变和能量吸收随时间的变化规律。模拟结果表明:在冲击能较小时,首先在冲击背面出现基体开裂,随着冲击能的增加,层合板受冲击面出现由无明显损伤到出现基体开裂和纤维断裂的现象;与单一碳纤维增强的镁合金层合板复合材料相比,单一玻璃纤维增强的镁合金层合板在冲击载荷作用时能够吸收更多的能量,碳纤维层内混杂合适的玻璃纤维铺层能够提高碳纤维增强镁合金层合板的抗冲击性能。 展开更多
关键词 纤维镁混杂层合板 低速冲击 脱粘 损伤演化 VUMAT
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基于内聚单元的复合材料层合板低速冲击损伤的数值模拟 被引量:3
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作者 刘洪权 谭申刚 薛应举 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2016年第9期1455-1460,共6页
建立了一套有限元模型来预测复合材料正交层合板由低速冲击载荷引起的层间应力及损伤。采用连续壳单元模拟层合板的各个单层,在复合材料层合板的可能损伤区域设置内聚单元模拟面内基体裂纹和层间分层损伤的起始和扩展。引入层间摩擦力... 建立了一套有限元模型来预测复合材料正交层合板由低速冲击载荷引起的层间应力及损伤。采用连续壳单元模拟层合板的各个单层,在复合材料层合板的可能损伤区域设置内聚单元模拟面内基体裂纹和层间分层损伤的起始和扩展。引入层间摩擦力模型模拟层间压缩应力对分层损伤的抑制作用。对于正交层合板,有限元模型准确的模拟了低速冲击载荷引起的分层损伤的面积和形状。数值模拟结果也表明面内基体裂纹与层间分层存在着相互作用关系,基体裂纹影响着分层损伤预测的准确性。有限元模拟结果和试验结果的对比表明,基于内聚单元的有限元模型可以用在复合材料正交层合板低速冲击损伤的数值模拟中。 展开更多
关键词 低速冲击 内聚单元 基体裂纹 分层损伤 正交层合板
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混杂与非混杂层合板弹丸冲击试验研究 被引量:3
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作者 陈战辉 万小朋 +1 位作者 黄文博 赵美英 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2019年第5期803-808,共6页
为了验证表面铺覆芳纶纤维铺层降低碳纤维层合板冲击损伤的有效性,对环氧树脂基芳纶/碳纤维层间混杂层合板和非混杂碳纤维层合板进行了冲击试验研究。结果显示:8克弹丸以速度为276~366 m/s的冲击条件下,入射面铺覆芳纶可减小出射面和... 为了验证表面铺覆芳纶纤维铺层降低碳纤维层合板冲击损伤的有效性,对环氧树脂基芳纶/碳纤维层间混杂层合板和非混杂碳纤维层合板进行了冲击试验研究。结果显示:8克弹丸以速度为276~366 m/s的冲击条件下,入射面铺覆芳纶可减小出射面和内部分层的损伤面积;出射面铺覆芳纶可减小出射面损伤面积,但会造成严重的混杂界面分层。为了减小碳纤维层合板的弹丸冲击损伤程度,可在冲击正面铺覆芳纶纤维层。 展开更多
关键词 芳纶/碳纤维混杂层合板 树脂基碳纤维复合材料 气炮冲击试验 冲击损伤 混杂界面分层
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冲击作用下复合材料叠层板层间开裂演化模型 被引量:2
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作者 张思进 文桂林 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第2期338-345,共8页
采用双线性特性破坏模型研究了复合材料叠层板层间开裂裂纹的演化,通过引入弹性/剪切模量的损伤参数,推导出损伤参数与应变之间的微分方程,并得到裂纹耗散功率与损伤参数变化率之间的关系.计算不同初始冲击速度下复合材料叠层板某界面... 采用双线性特性破坏模型研究了复合材料叠层板层间开裂裂纹的演化,通过引入弹性/剪切模量的损伤参数,推导出损伤参数与应变之间的微分方程,并得到裂纹耗散功率与损伤参数变化率之间的关系.计算不同初始冲击速度下复合材料叠层板某界面上应变、应变率响应以及损伤参数的演化,即可得到该界面发生层间开裂的情形及其对剪切模量的影响.通过检查界面各点处的损伤参数是否发生改变,预测了冲击完成之后复合材料叠层板第1,2层之间发生层间开裂区域的大小与位置;该预测结果与实验数据及其他破坏准则计算结果基本相符.计算结果表明,在冲击过程中当界面上任意点处的剪应力超过剪切强度后,该点附近的剪切模量开始发生衰减,衰减大小随铁球初始冲击速度的增大而增大,并从靠近冲击中心的位置逐渐向周围递减.在四边简支边界条件下,复合材料叠层板的层间开裂区域同样最先出现在界面中靠近冲击点的位置,区域面积随初始冲击速度的增大不断扩大.当初始冲击速度足够高时,第1,2层界面的两条对称轴上开始出现多个独立的开裂区域. 展开更多
关键词 层间开裂 损伤参数 破坏准则 冲击 复合材料叠层板
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环氧玻璃钢层合板冲击破坏及其断口微观特征的研究 被引量:1
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作者 陶杰 张峥 芮春泉 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1995年第3期1-7,共7页
S—GF/Ep648复合材料层合板[0°_9/θ]_s冲击抗力试验的结果表明其冲击抗力值与铺层角θ无关,只受浸水时间的影响;而另一种铺层形式[+θ_8/—θ_8]的复合材料层合板,在落重冲击试验中却发现:在相同的... S—GF/Ep648复合材料层合板[0°_9/θ]_s冲击抗力试验的结果表明其冲击抗力值与铺层角θ无关,只受浸水时间的影响;而另一种铺层形式[+θ_8/—θ_8]的复合材料层合板,在落重冲击试验中却发现:在相同的冲击能量下,θ越大,分层破坏越严重,损伤区面积也越大。利用SEM—505扫描电子显微镜对发生穿透性断裂、层间分层断裂或仅出现冲击损伤等破坏形式的断口表面进行了观察和分析,讨论了影响该复合材料冲击断裂和冲击损伤性能的因素。 展开更多
关键词 冲击断裂 层合板 断口形貌 环氧玻璃钢 复合材料
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变刚度CFRP层合板在低速冲击下的分层失效分析 被引量:2
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作者 牛雪娟 李辰阳 刘江雨 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期431-437,共7页
通过窄带曲线铺放技术制备获得变刚度复合材料层合板结构件,不仅可大大增加结构件设计优化的自由度,还可以改善其机械特性。开发了基于三维Hashin失效准则的VUMAT用户子程序,分析变刚度复合材料层合板在低速冲击工况下的渐进损伤行为。... 通过窄带曲线铺放技术制备获得变刚度复合材料层合板结构件,不仅可大大增加结构件设计优化的自由度,还可以改善其机械特性。开发了基于三维Hashin失效准则的VUMAT用户子程序,分析变刚度复合材料层合板在低速冲击工况下的渐进损伤行为。以CFRP常刚度层合板和七组不同变刚度铺层百分比的层合板为研究对象,研究变刚度碳纤维复合材料层合板在低速冲击载荷下的力学响应特性,以分层损伤面积和能量吸收为指征进行对比分析。变刚度铺层百分比为50%的层合板单层损伤面积相比常刚度层合板减少了2.57%,且层合板底层没有出现分层损伤的完全失效情况。研究结果表明,合理的变刚度铺层可以提升层合板的抗弯刚度,并使层合板在低速冲击载荷下吸收能量更少,提高了抗分层损伤性能。 展开更多
关键词 复合材料层合板 低速冲击 分层损伤 变刚度铺层
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CFRP层合板低速冲击响应及损伤特性研究 被引量:7
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作者 廖斌斌 周建武 +5 位作者 林渊 贾利勇 王栋亮 花争立 郑津洋 顾超华 《高压物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期103-111,共9页
为了研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)层合板低速冲击力学性能,开展了铺层顺序为[454/ 454]4T 的 CFRP 层合板落锤低速冲击试验。研究了条形冲锤冲击角度和半球形冲锤直径两个影响因素下的 CFRP层合板低... 为了研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)层合板低速冲击力学性能,开展了铺层顺序为[454/ 454]4T 的 CFRP 层合板落锤低速冲击试验。研究了条形冲锤冲击角度和半球形冲锤直径两个影响因素下的 CFRP层合板低速冲击力学响应,同时通过凹坑深度和分层损伤面积研究了层合板低速冲击损伤特性。试验结果表明:当条形冲锤冲击角度与层合板表面纤维方向平行时以及以较小直径的半球形冲锤冲击时,最大中心位移和能量耗散较大,凹坑深度和分层面积也较大;在冲锤直径和冲击角度两个单因素变量下,凹坑深度与分层损伤面积成正相关;直径为 10 mm的半球形冲锤冲击层合板时,在凹坑区域存在明显的纤维断裂;14 mm 和 16 mm 半球形冲锤冲击时,损伤虽目视可见,但未见明显纤维断裂。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料层合板 低速冲击 损伤特征 凹坑深度 分层损伤面积
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碳/双马来酰亚胺层板加压冲击后的损伤研究 被引量:3
10
作者 徐传继 顾震隆 杜善义 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第4期104-109,共6页
本文对预压碳/双马来酰亚胺层板进行了冲击试验。运用超声C扫描,金相技术和揭层法对冲击损伤进行了细致观察与描述,得到了较全面的细观损伤面貌。研究表明,分层是其主要损伤形式,并几乎分布在所有界面上。分层的形状不规则,但主... 本文对预压碳/双马来酰亚胺层板进行了冲击试验。运用超声C扫描,金相技术和揭层法对冲击损伤进行了细致观察与描述,得到了较全面的细观损伤面貌。研究表明,分层是其主要损伤形式,并几乎分布在所有界面上。分层的形状不规则,但主方向均沿着界面下层纤维方向。分层面积与相邻两层的铺层方向间的夹角及铺层顺序有关。预加压对其内部分层分布有较大影响,最大的分层处于层板背面部分接近中面的界面上。 展开更多
关键词 复合材料 冲击 分层 双马来酰亚胺 层板
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碳纤维复合材料层合板低速冲击影响因素 被引量:9
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作者 张华伟 邵延汤 +2 位作者 向陈世 王新刚 吴佳璐 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期222-229,共8页
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... 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。 展开更多
关键词 碳纤维复合材料层合板 低速冲击 分层损伤 铺层角度 冲击能量
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三维渐进损伤的复合材料层合板低速冲击模型 被引量:1
12
作者 郭卫 《哈尔滨商业大学学报(自然科学版)》 CAS 2014年第4期455-460,共6页
为了有效反映复合材料层合板面内和层间的非线性损伤,建立了一个新型的损伤模型,该模型基于三维实体单元和内聚力单元可以有效分析复合材料层合板在低速冲击作用下的层内和层间非线性失效行为.对于复合材料层合板面内损伤,以改进的Hashi... 为了有效反映复合材料层合板面内和层间的非线性损伤,建立了一个新型的损伤模型,该模型基于三维实体单元和内聚力单元可以有效分析复合材料层合板在低速冲击作用下的层内和层间非线性失效行为.对于复合材料层合板面内损伤,以改进的Hashin失效准则作为起始损伤准则,提出了一种基于能量释放率的损伤变量指数渐进演化模型,既描述了复合材料损伤的渐进失效过程,又避免了材料刚度突然下降导致刚度矩阵奇异的不足,同时引入特征长度来降低结果对网格的依赖性,最终建立了单层板的渐进损伤非线性分析模型;针对层合板的层间损伤,采用内聚力单元来模拟,通过结合传统的应力失效准则和断裂力学中的能量释放率准则定义了界面损伤演化规律.该损伤模型通过商用有限元软件ABAQUS/Explicit的用户子程序VUMAT实现,并使用该模型对碳纤维增强环氧树脂复合材料层合板在横向低速冲击作用下的损伤和变形行为进行预测分析.数值仿真的结果与试验结果进行了比较,吻合良好,验证了该模型的有效性. 展开更多
关键词 复合材料层合板 渐进损伤 分层损伤 低速冲击
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玄武岩纤维增强不饱和聚酯层压复合材料低速冲击损伤性能 被引量:1
13
作者 Gideon K.Rotich 胡杭君 Paul Wambua 《纤维复合材料》 CAS 2012年第2期15-18,33,共5页
研究0°单向、0°/90°交错和平纹织物三种不同铺层方式玄武岩纤维增强复合材料低速冲击加载力学性能。在实验中,通过手糊成型法并在硫化机上加热加压制备层压复合材料,且在Instron9250落锤冲击测试仪上完成层压复合材料... 研究0°单向、0°/90°交错和平纹织物三种不同铺层方式玄武岩纤维增强复合材料低速冲击加载力学性能。在实验中,通过手糊成型法并在硫化机上加热加压制备层压复合材料,且在Instron9250落锤冲击测试仪上完成层压复合材料低速冲击试验,得到载荷-挠度曲线和载荷-时间曲线,用于分析三种不同铺层方式玄武岩纤维增强不饱和聚酯树脂层压复合材料低速冲击加载力学性能。通过观察层压复合材料破坏形态来分析其破坏方式。实验结果表明:0°/90°交错层压复合材料和平纹织物增强层压复合材料抗低速冲击性能优于0°单向层压复合材料;0°单向层压复合材料破坏方式为裂纹沿着纤维方向伸展,而0°/90°交错层压复合材料和平纹织物层压复合材料破坏只发生在冲击点附近局部区域。 展开更多
关键词 玄武岩纤维 玄武岩纤维增强层压复合材料 平纹织物增强层压复合材料 低速冲击性能 分层 冲击损伤
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含预置分层复合材料层合板低速冲击损伤分析
14
作者 陶百归 盛冬发 《塑料科技》 CAS 北大核心 2023年第2期49-54,共6页
以T300/QY8911碳纤维复合材料层合板为研究对象,利用三维Hashin失效准则对层内损伤进行预测,引入Cohesive界面单元模拟层间分层破坏,使用Camanho刚度退化准则确定材料参数退化方案,并编写了用户材料子程序Vumat,利用ABAQUS软件对预置不... 以T300/QY8911碳纤维复合材料层合板为研究对象,利用三维Hashin失效准则对层内损伤进行预测,引入Cohesive界面单元模拟层间分层破坏,使用Camanho刚度退化准则确定材料参数退化方案,并编写了用户材料子程序Vumat,利用ABAQUS软件对预置不同分层损伤复合材料层合板低速冲击过程进行了数值仿真模拟。在冲击载荷作用下研究层合板的动力学响应,得到不同预置分层对层合板总分层损伤面积的影响,同时分析了冲击过程中冲击点位移随时间变化的规律。结果表明:预置分层位置离层合板中间层越远,层合板抵抗冲击承载能力越弱。预置分层的分层数目越多,层合板的刚度越低,层合板抵抗冲击承载能力越弱。在预置分层的两侧,层间分层损伤面积呈塔状分布。含预置分层层合板受到冲击时,预置分层对分层损伤的扩展具有一定的抑制作用。 展开更多
关键词 分层损伤 低速冲击 碳纤维复合材料层合板
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碳纤维层合板低速冲击后的红外热波检测分析 被引量:24
15
作者 李晓霞 伍耐明 +3 位作者 段玉霞 赵石彬 冯立春 李晓丽 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期88-93,共6页
采用红外热波无损检测技术对低速冲击后的碳纤维层合板进行检测和分析,研究了损伤面积与冲击能量之间的关系。对比发现,实验结果与文献结果一致;实验结果说明红外热波不仅可以检测冲击损伤的大小,还可以确定损伤在材料内部绕冲击点沿纤... 采用红外热波无损检测技术对低速冲击后的碳纤维层合板进行检测和分析,研究了损伤面积与冲击能量之间的关系。对比发现,实验结果与文献结果一致;实验结果说明红外热波不仅可以检测冲击损伤的大小,还可以确定损伤在材料内部绕冲击点沿纤维方向呈旋转方式进行扩展的损伤模式。采用超声C扫描对相同复合材料层合板进行了检测,详细对比了2种检测方法的优缺点,发现对于碳纤维层合板的低速冲击损伤,红外热波检测技术是一种快速、有效、可靠的无损检测技术和评估手段。 展开更多
关键词 碳纤维层合板 冲击损伤 分层损伤 基体开裂 红外热波检测 超声检测
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含分层损伤复合材料层压板低速冲击模型刚度计算方法 被引量:4
16
作者 方际澄 于哲峰 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期2768-2776,共9页
针对基于弹簧质量模型的层压板低速冲击模拟方法,研究产生分层损伤后层压板整体刚度的计算方法。首先将板分为中心含分层的圆形区域与四周未分层环形区域。根据薄板弯曲理论,利用边界条件及两区域交界处的转角协调条件得到两个区域的挠... 针对基于弹簧质量模型的层压板低速冲击模拟方法,研究产生分层损伤后层压板整体刚度的计算方法。首先将板分为中心含分层的圆形区域与四周未分层环形区域。根据薄板弯曲理论,利用边界条件及两区域交界处的转角协调条件得到两个区域的挠度,进而计算刚度。基于ABAQUS软件建立了含损伤层压板的有限元模型进行该计算方法的验证,结果表明,该方法的计算结果与有限元模型结果吻合较好。进行了层压板落重冲击试验,根据无损检测得到的分层信息利用本方法进行了弯曲刚度的折减,再利用弹簧-质量模型模拟有损伤产生过程的冲击接触力,模拟结果和实验与有限元结果吻合良好,证明所提出的层压板低速冲击弹簧-质量模型分层刚度折减算法是有效的。 展开更多
关键词 层压板 低速冲击 刚度折减 分层损伤 弹簧-质量模型
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