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1、6材料工程/2007年7期低速冲击下复合材料层合板损伤分析DamageAnalysisofLaminatedCompositesUnderLowVelocityImpactLoading温卫东,徐颖,崔海坡(南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016)WENWei2dong,XUYing,CUIHai2po(CollegeofEnergyandPowerEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,C
2、hina)摘要:根据低速冲击下复合材料层合板的分层损伤机理,发展了一种分层失效准则,该准则同时考虑了层间拉应力、层间剪应力和基体开裂等因素对分层损伤的影响,并在损伤分析中,区分了冲击正面由挤压应力引起的纤维挤压损伤和冲击背面由弯曲拉应力引起的纤维断裂损伤,模拟了纤维断裂、纤维挤压、基体开裂、基体挤压、分层等五种损伤的起始和扩展过程,完善了作者以前发展了低速冲击逐渐累积损伤模型。通过与实验结果进行比较,验证了模型的合理性。关键词:低速冲击;复合材料层合板;失效准则;逐渐损伤中图分类号:TB33文献标识码:
3、A文章编号:100124381(2007)0720006206Abstract:Anewdelaminationcriterionwasproposedaccordingtodelaminationdamagemechanismunderlowvelocityimpactloading.Theinfluenceofthrough2thicknesstensilestresses,interlaminarshearstressesandmatrixcrackingondelaminationhadbeen
4、takenintoconsideration.Thefibercrush2ingcausedbythecrushingstressesofimpactsurfaceandfibercrackingarousedbytensilestressesofimpactbacksurfacehasbeendistinguished.Theinitiationandpropagationoffibertensilefailure,fi2bercompressivefailure,matrixcrushing,mat
5、rixcrackinganddelaminationweresimulatedintheim2provedmodel.Agoodagreementwasfoundbetweenthepredictedresultsandthetestdata.Keywords:lowvelocityimpact;laminatedcomposite;failurecriterion;progressivedamage[3]复合材料层合板具有比强度、比刚度高,可设计性初始分层,因而不便于实际应用。徐颖等采用刚度[4]强等
6、优点,已被广泛应用于航空航天及其它民用领域。退化技术和改进的Chang2Chang失效准则模拟了四受低速冲击后,复合材料层合板内部容易产生基体开种冲击损伤的产生和扩展过程,建立了三维低速冲击裂和分层等损伤,这些损伤在日常检测中不易被发现,逐渐累积损伤预测模型,虽然该模型预测的损伤面积但会导致结构的强度和寿命大幅下降,严重影响其继与实验结果吻合较好,但是对分层损伤形状的预测结续使用。因此,复合材料层合板的冲击损伤问题已受果不是很理想。到广泛关注。综上所述,目前关于冲击分析的逐渐累积损伤模由于逐渐累积损伤分
7、析理论有利于了解层合板内型,对分层损伤的预测结果都不是很理想,且都忽略了产生损伤后载荷的重新分布和损伤扩展过程,故许多由挤压应力引起的纤维挤压损伤和由拉应力引起的纤学者都应用了该理论对复合材料层合板在冲击载荷下维断裂损伤的区别。本工作针对上述不足,对冲击载[1]的破坏过程进行了分析。Hou研究了层合板受冲击荷引起的层合板损伤开展了进一步研究。从分层损伤后,纤维断裂、基体开裂、基体挤压和分层等损伤的起机理出发,发展了一种分层损伤判据,该判据考虑了层始和扩展过程,由于他以应力退化作为材料参数退化间拉应力、层
8、间剪应力和基体开裂等引发分层损伤的方式,故不能反映出材料自身性能的变化,且所预测的因素,并且在损伤分析时,区分了冲击正面由冲头挤压分层损伤大小和形状与实验结果不是很吻合。Li引起的纤维挤压损伤和冲击背面由弯曲拉应力引起纤[2]等基于Mindlin板模型对低速冲击下的长纤维增强维断裂损伤,模拟了包括纤维断裂、纤维挤压、基体开复合材料层板进行了逐渐损伤模拟,分析了四种主要裂、基体挤压以及分层在内的五种损伤模式在冲击载损伤模式,其中在判断分层损伤
