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  本文關(guān)鍵詞：復合材料層板高速沖擊損傷研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《南京航空航天大學》 2011年

復合材料層板高速沖擊損傷研究

古興瑾  

【摘要】：纖維增強復合材料以其優(yōu)異的綜合力學性能，在航空航天以及防護裝甲等領(lǐng)域得到了廣泛的應用，深入研究其彈道性能和高速沖擊損傷特性，詳細分析侵徹破壞過程及失效機理，不僅是結(jié)構(gòu)生存力研究的主要內(nèi)容，而且是結(jié)構(gòu)抗戰(zhàn)傷設(shè)計的重要基礎(chǔ)，已成為當前復合材料領(lǐng)域的研究重點和熱點之一。本文采用理論分析與數(shù)值計算相結(jié)合的方法，圍繞復合材料層板動態(tài)本構(gòu)模型、抗彈性能和損傷特性展開系統(tǒng)的研究,主要內(nèi)容包括： （1）針對任意角度鋪層的復合材料層合薄板，基于高速沖擊過程中的能量守恒，建立了復合材料層板高速沖擊問題的力學分析模型。該模型考慮了纖維斷裂，基體裂紋和分層三種主要損傷形式。根據(jù)高應變率下單層板的本構(gòu)關(guān)系，采用一維應力波的傳播理論，計算復合材料層板沖擊后的變形區(qū)尺寸和層板應變場，利用能量守恒迭代求解彈體的沖擊剩余速度和彈靶接觸力等參量，著重研究了復合材料層合薄板高速沖擊中的損傷面積和形狀，探討了沖擊速度、彈體直徑以及靶板鋪層情況對損傷形狀和大小的影響規(guī)律。 （2）根據(jù)纖維增強復合材料的宏觀和細觀結(jié)構(gòu)，基于纖維的線彈性假設(shè)和基體的粘彈性假設(shè)，推導了單向纖維增強復合材料層板材料主方向上的應力應變關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合三維Hashin失效準則，建立了單向復合材料三維粘彈性損傷本構(gòu)模型。針對復合材料層合薄板，采用復合材料板殼理論，推導了高應變率下的一階剪切層板理論，結(jié)合二維Hashin失效準則，建立了復合材料層板二維粘彈性損傷本構(gòu)模型。 （3）在二維粘彈性損傷本構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用非線性有限元方法，應用ABAQUS軟件及其材料用戶子程序VUMAT建立復合材料薄板高速沖擊損傷有限元分析模型。模型中考慮了復合材料在高速沖擊過程中的應變率強化效應，結(jié)合Hashin失效準則，模擬了復合材料層板高速沖擊損傷破壞過程，，通過數(shù)值分析深入探討了相關(guān)參數(shù)對彈道性能和損傷特性的影響規(guī)律。 （4）從復合材料層板的細觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，在有限元建模中引入界面單元模擬層板的層間分層，采用三維粘彈性損傷本構(gòu)模型模擬單層板的力學特性，建立了復合材料層合厚板高速沖擊損傷三維有限元分析模型。深入研究高速沖擊下復合材料層板的彈道性能和損傷特征，重點分析了高速沖擊損傷沿厚度方向上的變化規(guī)律。通過數(shù)值分析深入探討了相關(guān)參數(shù)對復合材料層板彈道性能和損傷特征的影響規(guī)律，獲得了一些有價值的結(jié)論。 （5）基于ABAQUS軟件平臺，建立復合材料加筋壁板高速沖擊損傷有限元分析模型，分析不同結(jié)構(gòu)形式下復合材料加筋壁板高速沖擊后的損傷特性和抗彈性能，詳細討論結(jié)構(gòu)參數(shù)對損傷結(jié)果的影響。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TB33
【目錄】：

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