纖維增強(qiáng)金屬層合板的拉伸和沖擊性能研究.pdf

1、現(xiàn)今，無(wú)論是航空航天、軍事領(lǐng)域或者是諸如船舶工業(yè)這樣的民用領(lǐng)域，復(fù)合材料都有非常重要應(yīng)用。纖維增強(qiáng)金屬層合板是由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料同金屬板組成的一種層合結(jié)構(gòu)。其不光具有金屬材料優(yōu)越的加工性能和抗沖擊性能，同時(shí)克服了金屬材料的疲勞性能差的缺點(diǎn)，該類材料中玻璃纖維鋁合金層合板被用于飛機(jī)機(jī)身的材料，玻璃纖維增強(qiáng)鋼板被用于船舶制造，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與鋼材組成的混雜材料被用于軍用頭盔。在材料使用之前，需要對(duì)材料的性能有一定的認(rèn)識(shí)，一般的分析方式主

2、要有實(shí)驗(yàn)研究和有限元分析?？茖W(xué)的實(shí)驗(yàn)和有限元分析方法，能夠幫助人們做出更加全面、深入和有效的分析。本文通過實(shí)驗(yàn)和有限元方法重點(diǎn)分析了纖維金屬層板的拉伸和沖擊性能。通過一套有效的數(shù)值分析方法，分析了纖維金屬層板材料在受沖擊過程中的漸進(jìn)損傷過程，揭示了材料的破壞機(jī)理，具體工作分為以下幾方面:
　　分析了表面機(jī)械研磨技術(shù)(SMAT)技術(shù)的引入對(duì)2024T3鋁合金板的拉伸性能的影響，并找出該處理技術(shù)中合理的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。SMAT處理并被多層疊

3、軋?zhí)幚硇滦筒牧系睦煨阅軘?shù)值分析過程中，通過在所有的相鄰單元之間插入0厚度內(nèi)聚力單元的方法，分析了該材料拉伸過程中漸進(jìn)損傷過程，同時(shí)，分析了拉伸過程中裂紋萌生和偏轉(zhuǎn)的細(xì)節(jié)。通過有限元參數(shù)分析的方法，分析了SMAT處理疊軋材料界面強(qiáng)度對(duì)材料拉伸性能的影響。并用該數(shù)值模型預(yù)測(cè)了其它結(jié)構(gòu)的疊軋材料的拉伸性能。
　　以經(jīng)過SMAT處理的鋁合金板為材料制備成新型玻璃纖維增強(qiáng)鋁合金層板(GLARE)材料，實(shí)驗(yàn)和理論值顯示材料的極限強(qiáng)度和極限應(yīng)

4、變雖然有較小幅度的降低，但是其屈服強(qiáng)度有較大幅度的增加。實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析了GLARE板受低速落錘沖擊時(shí)的破壞響應(yīng)。
　　通過用戶自定義子程序VUMAT，并結(jié)合Johnson-Cook模型和基于表面內(nèi)聚力方法建立了GLARE受落錘低速?zèng)_擊數(shù)值模型。不光分析了GLARE材料受到低速落錘沖擊過程中的響應(yīng)。此外，也分別分析了纖維增強(qiáng)層、鋁合金材料以及界面層的漸進(jìn)損傷過程。
　　給出了一套分析金屬材料與復(fù)合材料組成的混雜結(jié)構(gòu)的高速?zèng)_擊性

5、能的數(shù)值分析方法。數(shù)值分析中，除分析了高速?zèng)_擊后彈丸的殘余速度和材料的損傷之外，也分析了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層、金屬層以及之間的界面的損傷破壞過程，揭示了整體材料受高速?zèng)_擊的破壞機(jī)理。深入分析了沖擊過程中復(fù)合材料、金屬層以及界面損傷演化。由于該方法準(zhǔn)確有效，利用該數(shù)值模型預(yù)測(cè)分析了其它類似夾層結(jié)構(gòu)的抗高速?zèng)_擊性能。
　　綜上所述，本文通過嘗試將表面機(jī)械研磨技術(shù)引入到玻璃纖維增強(qiáng)鋁合金板中，得到極限強(qiáng)度和極限應(yīng)變雖然有較小的降低，但是