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。

二维三轴编织复合材料压缩失效行为的细观有限元模拟

为研究典型二维三轴编织复合材料(2DTBC)的压缩破坏机理,建立了细观有限元模拟方法体系。提出了反映编织复合材料真实几何特性的单胞模型建模策略,根据Murakami-Ohno损伤理论建立了各向异性损伤模型来模拟纤维束中的损伤起始和扩展行为,通过引入波动系数描述了纤维束的起伏状态,并采用内聚力单元来模拟界面分层。在此基础上,分析得到了二维三轴编织复合材料在压缩载荷下的破坏过程,研究了压缩载荷下纤维束和界面层的损伤演化,探讨了纤维束波动对压缩性能的影响规律。通过与相关试验结果对比,该模型能够准确预测二维三轴编织复合材料在面内压缩载荷下的力学响应和主要失效行为,以及自由边效应。细观失效过程分析结果表明,二维三轴编织复合材料轴向压缩的破坏是由轴向纤维束的纤维压缩失效主导的;横向压缩破坏则是由偏轴纤维束的纤维压缩失效引起的。