复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究

本文对蜂窝夹芯板试件进行了低速冲击试验, 然后用X 光技术、热揭层技术、断面显微技术和外观检测等对冲击后板的损伤进行了较为全面的研究, 讨论了表面布的作用, 分析了外观损伤、面板损伤、蜂窝损伤等与冲击能量的关系。     

复合材料夹芯板低速冲击后弯曲及横向静压特性

对低速冲击后的复合材料Nomex 蜂窝夹芯板进行了纯弯曲和准静态横向压缩实验, 用X 光技术、热揭层技术和外观检测等对板内的损伤进行测量, 分析了被冲击面在受压情况下蜂窝夹芯板的弯曲破坏特点, 对比了横向静压与低速冲击所造成的板内损伤, 讨论了不同横向压缩速度时接触力P-压入位移$h 的变化规律和损伤情况。结果表明: 低速冲击可使蜂窝夹芯板的弯曲强度大幅度降低; Nomex 蜂窝夹芯板对低速冲击不敏感。      

平面编织复合材料层合板低速冲击后的拉伸性能

对两种不同铺层形式的平面编织复合材料层合板低速冲击后拉伸性能进行了实验研究,在此基础上建立了有限元损伤扩展仿真模拟。在所建立的有限元模型中,将低速冲击损伤等效为形状规则的软化夹杂,并针对两种铺层形式采用不同的损伤判据和模量衰减准则。研究结果表明:该有限元模拟结果与实验结果符合,说明该模型能够准确地预测低速冲击后平面编织复合材料层合板的损伤扩展规律和剩余拉伸强度;不同铺层形式的平面编织复合材料层合板在低速冲击后拉伸的损伤扩展规律不同;它们的冲击后拉伸强度降均>50%,在复合材料结构设计中应该受到重视。      

基于ANSYS的铝蜂窝夹芯板低速冲击仿真模拟研究

简要介绍了蜂窝夹芯板的结构及特点,利用ANSYS有限元模拟软件模拟分析了小球低速冲击对蜂窝铝板的损伤变形,在冲击条件参数不变的情况下,研究了蜂窝铝板结构参数(蜂窝芯边长、蜂窝芯壁厚、蒙皮板厚)对冲击变形以及吸收能量的影响。结果表明,冲击速度越快,能量吸收系数越高,蜂窝芯厚度、蒙皮板厚度增加和蜂窝芯边长减小均使蜂窝铝板耐冲击能力有所提升。     

低速冲击后复合材料层合板的压缩破坏行为

对缝纫层合板和无缝纫层合板进行低速冲击后压缩破坏实验,以研究低速冲击后层合板的压缩破坏机理。采用C扫描、X射线、热揭层等技术对层合板内的损伤进行测量和对比。结果表明,界面不是很强的碳纤维增强复合材料层合板低速冲击后受压时,层合板非冲击面的子层屈曲及其扩展是导致层合板冲击后压缩强度下降的重要因素,而且子层屈曲主要是沿垂直载荷的方向(90°)扩展;对于准各向同性板,屈曲子层中与母层相邻的铺层的方向一般为90°。层合板的剩余压缩强度与板的冲击损伤面积无直接关系。      

复合材料层合板低速冲击后压-压疲劳试验研究及寿命预报

进行了复合材料层合板低速冲击和冲击后压-压疲劳试验。在疲劳试验过程中详细测量了损伤扩展情况,获得了损伤扩展规律。将冲击损伤等效为一圆形开孔,应用含椭圆形夹杂的杂交应力单元分析含圆孔有限大板的应力分布,采用特征曲线和点应力判据相结合的方式并通过引入损伤扩展规律建立了含低速冲击损伤复合材料层板压-压疲劳寿命预测模型。通过与试验数据的对比,证明了该模型的有效性。同时,该模型还可预报在疲劳载荷下含冲击损伤层板的剩余压缩强度。     

内凹弧形蜂窝夹芯板低速弹道冲击试验与数值仿真

面向弹道冲击防护,设计制备了1060铝合金材质的内凹弧形(re-entrant circular, REC)和传统内凹(re-entrant, RE)六边形蜂窝夹芯板。采用钢质圆柱弹低速冲击试验结合有限元数值仿真,研究对比了两类蜂窝夹芯板的低速弹道冲击动态响应与防护性能。进而,利用经验证的有限元模型,仿真分析着靶速度对两类蜂窝夹芯板的低速弹道冲击最大永久压缩量、局部泊松比值和各部件吸能占比的影响。最后,分析了REC蜂窝胞元的圆弧胞壁半径、胞元长度等结构参数对夹芯板低速弹道冲击响应的影响。结果表明：相比RE蜂窝,REC蜂窝夹芯板在相同弹道冲击载荷下最大永久压缩量更小,抗弹性能更优,并且低速下优势更显著;随着胞元长度和圆弧胞壁半径减小,REC蜂窝夹芯板的抗弹性能可进一步提升。     

复合材料层板低速冲击后剩余压缩强度

对两种材料体系和铺层的复合材料层合板进行低速冲击后压缩强度试验 , 以研究低速冲击后层合板的压缩破坏机理。讨论了表面凹坑深度、 背面基体裂纹长度、 损伤面积以及剩余压缩强度与冲击能量的关系。在试验研究的基础上 , 建立了复合材料低速冲击后剩余强度估算的一种椭圆形弹性核模型。该模型将冲击损伤等效为一刚度折减的椭圆形弹性核 , 采用含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元分析含损伤层合板的应力应变状态 ,并应用点应力判据预测层板的压缩(或压、 剪)剩余强度。理论分析与试验结果对比表明 , 该模型简单有效。      

低速冲击下金属面夹芯板性能分析

用实验、有限元及理论分析相结合方法对金属面夹芯板抗冲击性能进行研究。用实验方法研究金属面夹芯板在落锤冲击下的动力性能及破坏情况,并用有限元方法对实验进行模拟分析,验证有限元计算方法的适用性;用理论方法对夹芯板局部变形进行分析,将局部变形势能与外力功建立体系总势能,用势能驻值原理获得集中力与局部变形关系,以面板拉伸断裂为破坏条件,获得夹芯板开裂冲击力;建立有限元模型计算夹芯板开裂破坏时的冲击力,并与公式计算值比较。分析表明,夹芯板开裂冲击力随面板强度、厚度及锤头半径、开裂应变的增加而增大,落锤质量、芯材强度、芯材厚度对开裂冲击力基本无影响。     

含低速冲击损伤复合材料层合板剩余压缩强度及疲劳性能试验研究

对T300/QY8911复合材料层板进行了低速冲击、 冲击后压缩以及冲击后疲劳试验研究。通过对冲击后的层板进行目视检测和超声C扫描获得了层板受低速冲击后的若干损伤特征; 在压-压疲劳试验中, 测量了损伤的扩展情况。讨论了冲击能量与损伤面积以及冲击后剩余压缩强度的关系, 分析了含冲击损伤层合板在压缩载荷及压-压疲劳载荷下的主要破坏机制。结果表明, 低速冲击损伤对该类层板的强度和疲劳性能影响很大, 在3.75 J/mm的冲击能量下, 层板剩余压缩强度下降了65%; 在压-压疲劳载荷作用下, 其损伤扩展大致可分为两个阶段, 占整个疲劳寿命约60%的前一阶段损伤扩展较为缓慢; 而疲劳寿命的后半阶段损伤则开始加速扩展, 并导致材料破坏。     

网状碳纤维面板蜂窝夹层结构低温热导率测试研究

对网状碳纤维面板蜂窝夹层结构T,L,W三个方向的低温热导率进行了测试研究,得到了网状碳纤维面板蜂窝夹层结构低温热导率的性能与温度变化曲线,在试验的基础上,讨论分析了网状碳纤维面板蜂窝夹层结构低温热导率的影响机理,通过试验和比对,从中找 具有普遍性的规律,建立了一般蜂窝夹层结构低温热导率的变化规律模型,为推算蜂窝夹层结构低温热导率数据提供了参考依据。     

碳纤维面板铝蜂窝夹层结构低温热导率测试研究

对碳纤维面板铝蜂窝夹层结构T、L、W3个方向的低温热导率进行了测试研究。得到了碳纤维面板铝蜂窝夹层结构热导率的性能与温度变化曲线。在实验的基础上,讨论分析了碳纤维面板铝蜂窝夹层结构热导率的传热机理和影响因素。通过实验和比对,找出了具有普遍性的规律,为推算蜂窝夹层结构低温热导率数据提供了参考依据。     

复合材料蜂窝夹层结构T型接头拉伸性能研究

通过试验测量了复合材料蜂窝夹层结构T型整体接头的拉伸性能,得到其拉伸强度与破坏模式。建立了接头结构有限元模型,利用分类损伤判据、失效准则与刚度退化准则对结构的损伤情况进行模拟,研究了接头的拉伸破坏行为。有限元分析结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,结构的薄弱点位于腹板内靠近蒙皮的位置。蜂窝在此处发生面外拉伸破坏,从而导致结构的最终破坏。腹板上的拉伸载荷主要通过过渡区填料传递给蒙皮,腹板与蒙皮间的搭接段对载荷传递的贡献较小。参数研究表明,对于复合材料蜂窝夹层结构T型接头,搭接段长度对结构的强度几乎没有影响,而增大蒙皮蜂窝的高度或采用低模量蜂窝可以提高结构强度。     

预埋件对玻璃钢峰窝夹层结构增强效应的实验研究

研究了某地雷达天线罩采用的含有预埋件的玻璃钢蜂窝夹层结构试件的强度和刚度,讨论了预埋件对玻璃钢蜂窝夹导结构的增强效应,比较了内含预埋件结构和外加加强片结构的增强效果,探索了一种估算预埋件增强效应的简易方法。     

加载方式对玻璃钢蜂窝夹层结构性能的影响

研究了某地面雷达天线罩所使用的含有预埋件的玻璃钢蜂窝夹层结构的强度，其中预埋件由雷达天线罩常用的两种不同材料制成，选用了两种不同的预埋件的形式。试验中模拟天线罩的实际受力特点，采用相当于正压与负压作用的两种不同的加载方式，讨论了当玻璃钢蜂窝夹层结构具有不对称的形式时，加载方式对其强度的影响。     

复合材料层合板低速冲击损伤容限的改进方法和影响因素

依据笔者在这方面的研究和前人的工作，以及现有各种改进炭纤维增强树脂基复合材料冲击性能的方法，分析和总结了复合材料层合结构冲击损伤以及损伤容限，其中主要是冲击后压缩强度的重要影响因素，并且讨论了这些因素的作用。     

LOW VELOCITY PERFORATION BEHAVIOUR OF POLYMER COMPOSITE SANDWICH PANELS

The paper describes low-velocity impact tests on square panels made from two polymer composite sandwich constructions, namely woven glass vinyl ester skins with Coremat core and woven glass epoxy pre-preg skins with honeycomb core. The impact velocity was up to 8 m s^-1 with an impact mass of up to 30 kg giving a maximum impact energy of 882 J. This maximum energy gives full perforation of the panels. The panels were 0.5 m by 0.5 m with clamped but free to pull in boundary conditions. The impactor geometry considered was a 50 mm diameter hemisphere. Results are expressed in the form of energy and failure mode plots and it is shown that the energy absorbing capabilities of the panels increase with the velocity of impact. The increase in energy absorption is attributed to an increase in the core crush stress and skin failure stress at high strain rates. Some discussion is given on the influence of the energy absorbing capabilities of constituent materials on the overall energy absorption behaviour of the panel. Suggestions have also been made for increasing panel perforation energy.