Ti-CFRP-Ti夾層結構高速沖擊損傷研究.pdf

1、飛機復合材料構件在服役過程中會遭受多種高速沖擊，由于相對速度較大，沖擊能量很高，從而造成不同程度的損傷，進而影響飛機的工作性能，嚴重時會對飛機造成災難性破壞。本文基于“先進航空發(fā)動機技術研究計劃”，以某型飛機復合材料抗高速沖擊結構為應用背景，研究了新型的Ti/CFRP/Ti（鈦合金/碳纖維復合材料/鈦合金）夾層結構并成功制備出性能優(yōu)良的Ti/CFRP/Ti夾層結構；通過高速沖擊試驗獲得了夾層結構的損傷臨界值以及損傷狀態(tài)；結合有限元數(shù)值模

2、擬，通過與純CFRP層板的高速沖擊損傷對比，研究了Ti/CFRP/Ti夾層結構抗高速沖擊損傷機理，為Ti/CFRP/Ti夾層結構在航空航天器上的應用奠定基礎。
　　（1）研究了鈦合金表面處理方法及膠粘劑種類對鈦合金復合材料單搭接接頭剪切強度的影響，獲得了Ti/CFRP/Ti夾層結構制備工藝參數(shù)，確定了鈦合金采用氫氧化鈉堿性陽極化的表面處理方法，選用J272環(huán)氧膠膜為膠粘劑，成功制備了Ti/CFRP/Ti夾層結構試件。
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3、2）采用空氣炮試驗系統(tǒng)開展了Ti/CFRP/Ti夾層結構高速打靶試驗，獲得了Ti/CFRP/Ti夾層結構靶板的臨界擊穿速度，分析了靶板的損傷情況，結果表明，前置鈦板主要呈現(xiàn)出剪切沖塞失效模式，芯層復合材料纖維拉斷，膠層脆裂，后置鈦板則表現(xiàn)為撕裂型破壞，且后置鈦板的損傷明顯大于前置鈦板。與純CFRP靶板的高速沖擊進行了對比，純CFRP靶板受球半徑2mm的軸承鋼珠沖擊的臨界擊穿速度為203 m/s，Ti/CFRP/Ti夾層結構的這一數(shù)值為3

4、41 m/s。
　?。?）基于Hashin準則和Johnson-Cook材料模型，采用非線性有限元方法，應用ABAQUS/Explicit建立了Ti/CFRP/Ti夾層結構高速沖擊損傷有限元分析模型，模擬了靶板高速沖擊損傷的破壞過程，并與試驗進行了對比，驗證了該有限元模型的合理性及有效性。
　?。?）在上述研究的基礎上，進一步應用該模型，討論了沖擊速度、彈丸尺寸、芯層復合材料的鋪層、前置鈦板與后置鈦板的厚度配置等因素對沖擊響