碳纖維復合材料層合板低速沖擊損傷應力分析

張華偉，邵延湯，向陳世，吳佳璐

碳纖維復合材料層合板低速沖擊損傷應力分析

張華偉1a,1b，邵延湯2，向陳世2，吳佳璐1a,1b

（1.廣東石油化工學院 a.機電工程學院 b.廣東省石化裝備故障診斷重點實驗室，廣東 茂名 525000；2.東北大學 機械工程與自動化學院，沈陽 110819）

為掌握碳纖維復合材料板在低速沖擊載荷作用下的損傷規律，延緩失效破壞，對其沖擊損傷的應力狀態進行研究?；贏BAQUS平臺，建立碳纖維復合材料層合板低速沖擊有限元模型，采用Hashin失效準則和VUMAT用戶子程序，對碳纖維復合材料層合板的沖擊過程進行數值模擬，同時考慮層合板層內與層間失效，以此來研究低速沖擊條件下復合材料的損傷機理，分析沖擊損傷過程中的應力變化趨勢，討論應力的分布狀態。重點研究鋪層角度及鋪層距離沖頭遠近對應力的影響。不同角度鋪層的應力傳播軌跡均沿著纖維方向和垂直于纖維方向同時擴展，應力均先增加至極限值而后迅速下降；鋪層角度越大，板料的承載能力越弱，0°鋪層的極限應力為1 432 MPa，而90°鋪層的極限應力降至1 206 MPa；離沖頭越遠的鋪層應力越小，達到峰值的時間更早且率先下降，說明遠離沖頭的鋪層更早發生失效。揭示了碳纖維層合板在低速沖擊載荷作用下的應力狀態及其對損傷的影響規律，能夠為復合材料層合板零件設計提供參考。

碳纖維復合材料層合板；低速沖擊；損傷分析；力學機理；應力；數值模擬

碳纖維復合材料在服役過程中經常承受不同類型沖擊載荷的作用[1-4]?！?br>