GFRP層合板近緣和邊緣低速沖擊損傷數值模擬研究

徐姚興， 韋堯兵, 劉儉輝

(1. 蘭州理工大學 機電工程學院, 甘肅 蘭州 730050; 2. 商丘工學院 機械工程學院, 河南 商丘 476000)

復合材料因比強度高、比剛度大、抗疲勞以及可設計性強等特點，被廣泛應用于航空航天、汽車、船舶、軍事等領域.飛機的機身、駕駛艙、機翼大多是使用復合材料構造的.當飛機受到低能量沖擊時易產生損傷，這些能量沖擊造成的材料損傷在表面無法觀察到，但是內部損傷已經出現.這些沖擊致使材料壓縮強度大幅度下降，有些可以下降60%以上，造成材料綜合性能下降[1-3]，進而對材料的安全性產生嚴重的影響.

以往的研究工作通常局限于構件的中心，遠離邊緣，很少關注近緣或邊緣沖擊.然而在飛機機翼、風力機葉片服役過程中發生的邊緣撞擊事件會導致嚴重的沖擊損傷，使得復合材料結構過早被壓縮破壞.沈真等[4]研究了復合材料體系的抗沖擊性能，提出了復合材料抗沖擊性能的2項指標，包括損傷阻抗和損傷容限.Malhotra等[5]研究了復合材料的沖擊損傷，這些損傷發生在層合板的近緣和邊緣上，并且對損傷大小和損傷機理進行了探討，結果表明復合材料層合板易受邊緣沖擊.Ostré等[6]對碳纖維增強復合材料進行了低速邊緣沖擊和準靜態實驗，結果表明，2種材料的靜態和動態行為是不同的，并且研究發現纖維性能控制初始沖擊剛度，而在準靜態壓痕情況下，基體的性質控制初始壓痕剛度與破碎的程度.Thorsson等[7]研究了聚合物基復合材……