樹脂基復合材料動態力學性能及應變率效應研究

慕琴琴，燕 群，杭 超，徐 健

(中國飛機強度研究所 航空噪聲與動強度航空科技重點實驗室，陜西 西安 710065)

1 引 言

為了實現減重、增效、簡化零件結構和提高可靠性等目的，先進航空發動機的風扇葉片采用復合材料結構已是一種必然的趨勢[1]。風扇葉片處于發動機進氣端，隨空氣一起進入發動機的鳥、冰雹等外物撞擊到高速旋轉的風扇葉片，將嚴重影響發動機的運行安全。因此，通常在裝機前必須考核風扇葉片的抗沖擊性能。

風扇葉片外物損傷試驗是一項瞬時、破壞性強、不可逆的高風險試驗，試驗成本較高，不確定因素較多[2]。因此，通常通過數值仿真分析指導試驗，并與試驗相結合對損傷進行評估。數值仿真分析的準確與否，在很大程度上取決于材料的本構關系[3]。風扇葉片外物損傷的數值研究屬于高速碰撞的瞬態動力學問題，具有高度瞬態非線性、嚴重破碎性及高應變率等特點[4]。發生外物損傷時，航空發動機復合材料風扇葉片的特性與準靜態條件下存在較大的差別，必須考慮材料的應變率效應[5]。

復合材料結構的動力學特性及失效模式和金屬結構有較大差異[6]，對于復合材料結構在動態沖擊載荷作用下不同的失效模式，在抗鳥撞分析過程中需要引入適用于復合材料的動態失效判據[7]。因此，通過復合材料元件級別的動態力學性能試驗獲得相關材料的動態力學性能數據，才能為結構件的抗沖擊性能分析提供準確的輸入，從而獲得合理的分析結果。……