【摘 要】
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由于优异的材料力学性能,复合材料在飞机结构中占有很大比例。毫无疑问,复合材料已成为21世纪高效、创新航空结构设计的首选材料。然而,复合材料结构容易受到冲击损伤,从而降
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由于优异的材料力学性能,复合材料在飞机结构中占有很大比例。毫无疑问,复合材料已成为21世纪高效、创新航空结构设计的首选材料。然而,复合材料结构容易受到冲击损伤,从而降低了材料的剩余力学性能和安全使用寿命。本文建立了基于连续损伤力学的有限元模型,研究了复合材料结构在横向冲击载荷作用下的损伤形态和损伤力学性能。基于商业有限元软件平台ABAQUS/Explicit建立三维结构模型,采用Hashin准则和渐变或突变的刚度降解方案预测层内损伤起始和演化过程,采用界面单元本构模型预测冲击荷载引起的层间分层。根据层内和层间损伤本构模型编写VUMAT用户材料子程序,实现其在有限元软件平台ABAQUS/Explicit中的应用。数值结果表明,损伤模型随材料属性在特定的损伤模式下的降解而变化。详细讨论了不同冲击能量水平下层内损伤和界面分层损伤响应的数值结果,比较了不同冲击能量值下复合材料层板的破坏模式,分析了复合材料层板的高、低速冲击阻抗和损伤特性。预测结果与已有实验结果较为吻合,验证了所提出模型的有效性。本论文全面、深入地研究了复合航空结构的冲击损伤行为和性能。最后,本研究结果可用于帮助工程师和研究人员提升与优化汽车和航空应用中复合材料的设计过程。
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