冰載荷作用下碳纖維復(fù)合材料桁條加筋曲面板的沖擊動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、大量由碳纖維復(fù)合材料層合板所構(gòu)成的新型飛機(jī)往往在其飛行過(guò)程中會(huì)遭受到含有大量冰雹的風(fēng)暴襲擊,造成機(jī)體破壞,危害乘客的人身安全。而這種破壞為典型的沖擊損傷。
　　為了研究冰載荷沖擊下碳纖維復(fù)合材料層合板的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及其材料的力學(xué)性能,本文采用霍普金森壓桿技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)碳纖維復(fù)合材料層合板進(jìn)行的三個(gè)主方向上的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試。并通過(guò)與靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)其在面外方向的主要破壞模式表現(xiàn)為脆性材料的剪切破壞。其壓縮強(qiáng)

2、度隨著應(yīng)變率的提高而提高,但動(dòng)態(tài)壓縮應(yīng)變極限小于靜態(tài)壓縮極限應(yīng)變。而在面內(nèi)方向上,其壓縮強(qiáng)度明顯低于面外方向,且在動(dòng)態(tài)載荷作用下壓縮強(qiáng)度隨著應(yīng)變率的提高而提高,但動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度明顯低于靜態(tài)壓縮強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)比和觀察其破壞形貌,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)其在面內(nèi)方向上動(dòng)態(tài)破壞主要為基體開(kāi)裂脫層;而靜態(tài)破壞則有脫層和剪切破壞共同作用組成。其破壞區(qū)域可分為三個(gè)明顯的區(qū)域,且各區(qū)域破壞模式均不相同。
　　與此同時(shí),本文采用霍普金森壓桿技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)冰的材料動(dòng)態(tài)力

3、學(xué)性能測(cè)試。結(jié)果表明冰和碳纖維復(fù)合材料層合板一樣在壓縮載荷作用下均為明顯的應(yīng)變率敏感型材料。且其應(yīng)力極限隨著應(yīng)變率的增加而提高。在動(dòng)態(tài)壓縮載荷作用下其破壞形式為顯著的脆性破碎。此外,本文又進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析的方法研究了波形整形器的相關(guān)規(guī)律以及其對(duì)入射波波形各部分的影響因素。研究表明隨著波形整形器的直徑增大,其整形效果越好;但隨著撞擊桿的速度提升,相同尺寸的波形整形器的整形效果變?nèi)酢?br>　　在此基礎(chǔ)上,本文進(jìn)而研究了碳纖維復(fù)合材

4、料蒙皮板及其結(jié)構(gòu)在冰球載荷作用下的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)和破壞模式。選取隔段中心位置和翼緣中心位置等兩處位置為冰球沖擊點(diǎn)作為研究對(duì)象。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)當(dāng)冰球沖擊隔段中心位置時(shí),其首先在蒙皮和翼緣連接處靠近剪切帶的位置發(fā)生脫層,繼而在連接處靠近沖擊點(diǎn)的位置和蒙皮上被沖擊的位置上發(fā)生破壞;當(dāng)冰球沖擊蒙皮上翼緣中間位置時(shí),對(duì)應(yīng)連接處在沖擊點(diǎn)位置處首先發(fā)生破壞。通過(guò)有限元仿真模擬與無(wú)損檢測(cè)相結(jié)合的手段分析和解釋了其在這兩種沖擊類型下的損傷類型,損傷演化過(guò)程和造成