基于改进层间剪切强度准则的层压板冲击分层阈值力预测.pdfVIP

航 空 学 报 May25 2014 Vo1．35 No 5 1329—1335 ActaAeronautica etAstronautica Sinica ISSN 1000-6893 CN 11—1929／V http：／／hkxb．buaaedu．CFI hkxb@buaa．educa 基于改进层间剪切强度准则的层压板冲击 分层阈值力预测 高尚君，于哲峰 ，汪海 上海交通大学 航 空航天学院，上海 200240 摘 要 ：薄板受冲击时产生的挠度会使接触半径大于直接 由赫兹接触定律所得 的接触半径 。本文提出两种考虑薄板挠 度 的接触半径修正方法 ，首先使用赫兹接触定律初步计算接触半径 ，再联立层压板挠度公式和冲击头表面的几何方程得 出修正的接触半径 ，用有限元模型验证了接触半径修正方法的有效性。使用基于层 间剪切强度 的分层 阈值力 (DTL)准 则，提 出了根据少量测试样本预测不同厚度层压板在不 同半径冲击头作用下分层 阈值力的方法。使用该方法预测 了不 同冲击参数下复合材料翼盒蒙皮的低速冲击分层阈值力 。结果表 明，使用 了修正的接触半径后 ，预测精度有大幅的提高。 关键词 ：分层 阈值力；复合材料层压板 ；层问剪切强度 ；接触半径 ；分层预测 ；有限元法 中图分类号 ：V258 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—6893(2014)05—1329—07 随着复合材料在工程结构 中的广泛使用 ，其 释放率来建立分层 阈值力模型。除此之外 ，Suth— 损伤预测问题愈发显得重要。复合材料对冲击载 erlandl1。。和 Yang1『等使用接触边界上平均剪切 荷十分敏感 口]，局部的冲击载荷可以导致一个较 应 力 与 层 间 剪 切 强 度 (Interlaminar Shear 大的分层 ，导致材料 的压缩强度急剧下降 ]。 Strength，ILSS)的关系预测分层阈值力 。 环向剪切应力与冲击头和板 的接触半径有 Choi和 Changl5研究 了碳 纤维增强环氧树脂基 关 ，对于无限厚的板 ，接触半径可通过赫兹接触定 复合材料在低速冲击下相邻层 间分层导致 的失 律得出，而对于薄板 ，接触半径受板挠曲变形的影 效 。Zhou 通过对玻璃纤维增强复合材料低速 响。本文首先研究挠 曲变形对接触半径的影响， 冲击实验验证了分层是吸收冲击能量的主要途径 并通过修正接触半径 ，得到改进 的基于层问剪切 之一 ，也是影响复合材料承载能力的决定性因素。 强度的分层准则 ，然后使用复合材料盒段蒙皮冲 因此 ，分 层 阈 值 力 (Delamination Threshold 击实验数据进行验证 。 Load，DTI)是复合材料冲击 阻抗测试 中的重要 参数。分层计算方法有 多种 ，可通过有限元法计 1 改进的基于层间剪切强度的分层阈值 算出材料 内部 的应力，通过三维 Hashin失效准 力模型 则…7]、平方名义应力准则[83等来判断分层 。除了 1．1 分层阈值力基本模型 数值模拟，也可通过解析模型来判断分层阈值力 ， Davies和 Zhang[g基于复合材料 Ⅱ型层 问应变能 层压板受冲击时的接触力与凹坑深度的关系 收稿 日期 ：2013—08．26；退修 日期 ：2013—12—12；录用 日期 ：2014-01—06；网络 出版时间：2014—02—1416：23 网络出版地址 ：WWW cnkinet／kcms／detail／S1000—6893tml 基金项 目：国家 自然科学基金 ；上海市 自然