脱层与未脱层复合材料三明治板冲击对比模拟分析.pdfVIP

脱层与未脱层复合材料三明治板冲击对比模拟分析 朱胜青宋恒旭 （新加坡南洋理工大学新加坡693798 email ：zsq-w@163.com ） （清华大学北京10084 email ：songhengxu@ ） 摘要：复合材料三明治板（Sandwich panel ）是为航空航天应用开发的一种新型轻质高强材料。本文基于冲击测 试的实验结果，应用ABAQUS 软件对三明治板的动态响应和破坏模式进行数值仿真，得到三明治板的冲击响应， 关注了已脱层和未脱层对三明治板破坏模式的影响。数值结果与仿真计算吻合良好，证明了ABAQUS 在碰撞数值 仿真中的有效性。 关键词：复合材料；三明治板；冲击；破坏模式；数值模拟 1 引言 传统纤维增强复合材料具有高强轻质的优点，但是这类材料在遭受外部低速冲击之后，产生内部损伤，导致 强度和刚度都急剧下降。这些损伤不仅肉眼无法识别，即使采用C-scan等先进仪器也不易探测。这不仅增加结构 探测的难度，更重要的是可能因为材料的隐形失效导致整体结构的失稳和失效。复合材料三明治板是由复合材料 层合板内夹超轻质软的芯层（如强心毡、硬质泡沫、蜂窝和轻木等）。三明治板遭受冲击之后，往往有芯层屈 曲、面板断裂、面板分层、面板与芯层脱层等失效形式。三明治板脱层后，力学性能会降低。 本文基于冲击实验结果以及前期的理论分析，应用数值仿真的方法对蜂窝三明治板的低速冲击进行计算，得 到了碰撞载荷作用下三明治板的响应和破坏模式特征。通过对脱层及未脱层的三明治板的仿真结果进行对比，分 析得出脱层后三明治板的力学性能的减小量。 2 实验简介 D= 13.1mm M=2.65 kg 三明治板 vo Φ76.4 mm 夹具 100 mm （a ） （b ） 图1 冲击试验：(a)冲击试验机Dynatup 8250；(b)冲击设置详图 首先制备两批三明治板：第一批三明治板只是将蜂窝芯层与面板轻微粘结在一起，然后置于图1 所示落锤 冲击装置进行冲击试验；第二批是用高强航空胶粘合芯层与面板，做过校核测试发现无内部空隙之后，再 进行冲击测试。试件与冲击速度以及冲击峰值力分别见表1 和表2. 1 表1 冲击测试设置表 冲击速度 （m/s） 面板厚度(mm) 粘合与否 1.5 2 3 粘合 0.7 1.5 2 3 未粘合 1.5 2 3 粘合 0.8