復(fù)合材料層板高速?zèng)_擊損傷研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以其優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，在航空航天以及防護(hù)裝甲等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，深入研究其彈道性能和高速?zèng)_擊損傷特性，詳細(xì)分析侵徹破壞過(guò)程及失效機(jī)理，不僅是結(jié)構(gòu)生存力研究的主要內(nèi)容，而且是結(jié)構(gòu)抗戰(zhàn)傷設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)，已成為當(dāng)前復(fù)合材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。
　　 本文采用理論分析與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，圍繞復(fù)合材料層板動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型、抗彈性能和損傷特性展開(kāi)系統(tǒng)的研究，主要內(nèi)容包括：
　　 (1)針對(duì)任意角度鋪層的復(fù)

2、合材料層合薄板，基于高速?zèng)_擊過(guò)程中的能量守恒，建立了復(fù)合材料層板高速?zèng)_擊問(wèn)題的力學(xué)分析模型。該模型考慮了纖維斷裂，基體裂紋和分層三種主要損傷形式。根據(jù)高應(yīng)變率下單層板的本構(gòu)關(guān)系，采用一維應(yīng)力波的傳播理論，計(jì)算復(fù)合材料層板沖擊后的變形區(qū)尺寸和層板應(yīng)變場(chǎng)，利用能量守恒迭代求解彈體的沖擊剩余速度和彈靶接觸力等參量，著重研究了復(fù)合材料層合薄板高速?zèng)_擊中的損傷面積和形狀，探討了沖擊速度、彈體直徑以及靶板鋪層情況對(duì)損傷形狀和大小的影響規(guī)律。

3、　　 (2)根據(jù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的宏觀和細(xì)觀結(jié)構(gòu)，基于纖維的線彈性假設(shè)和基體的粘彈性假設(shè)，推導(dǎo)了單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層板材料主方向上的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合三維Hashin失效準(zhǔn)則，建立了單向復(fù)合材料三維粘彈性損傷本構(gòu)模型。針對(duì)復(fù)合材料層合薄板，采用復(fù)合材料板殼理論，推導(dǎo)了高應(yīng)變率下的一階剪切層板理論，結(jié)合二維Hashin失效準(zhǔn)則，建立了復(fù)合材料層板二維粘彈性損傷本構(gòu)模型。
　　 (3)在二維粘彈性損傷本構(gòu)的基礎(chǔ)上，采

4、用非線性有限元方法，應(yīng)用ABAQUS軟件及其材料用戶子程序VUMAT建立復(fù)合材料薄板高速?zèng)_擊損傷有限元分析模型。模型中考慮了復(fù)合材料在高速?zèng)_擊過(guò)程中的應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)，結(jié)合Hashin失效準(zhǔn)則，模擬了復(fù)合材料層板高速?zèng)_擊損傷破壞過(guò)程，通過(guò)數(shù)值分析深入探討了相關(guān)參數(shù)對(duì)彈道性能和損傷特性的影響規(guī)律。
　　 (4)從復(fù)合材料層板的細(xì)觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，在有限元建模中引入界面單元模擬層板的層間分層，采用三維粘彈性損傷本構(gòu)模型模擬單層板的力學(xué)特性，

5、建立了復(fù)合材料層合厚板高速?zèng)_擊損傷三維有限元分析模型。深入研究高速?zèng)_擊下復(fù)合材料層板的彈道性能和損傷特征，重點(diǎn)分析了高速?zèng)_擊損傷沿厚度方向上的變化規(guī)律。通過(guò)數(shù)值分析深入探討了相關(guān)參數(shù)對(duì)復(fù)合材料層板彈道性能和損傷特征的影響規(guī)律，獲得了一些有價(jià)值的結(jié)論。
　　 (5)基于ABAQUS軟件平臺(tái)，建立復(fù)合材料加筋壁板高速?zèng)_擊損傷有限元分析模型，分析不同結(jié)構(gòu)形式下復(fù)合材料加筋壁板高速?zèng)_擊后的損傷特性和抗彈性能，詳細(xì)討論結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)損傷結(jié)果的