丁　冰，崔素春，还大军

（1.上海飞机设计研究院，上海201210；2.南京航空航天大学，南京210016）



Ti/CFRP/Ti夹层结构高速冲击数值模拟研究

丁冰1，崔素春1，还大军2

（1.上海飞机设计研究院，上海201210；2.南京航空航天大学，南京210016）

摘要：以新型的Ti/CFRP/Ti（钛合金/碳纤维复合材料/钛合金）夹层结构材料为研究对象，基于Hashin准则和Johnson-Cook材料模型，采用有限元计算方法，建立了Ti/CFRP/Ti夹层结构的高速冲击损伤模型，讨论了冲击速度、芯层复合材料的铺层、前置钛板与后置钛板的厚度配置等因素对冲击响应的影响。结果表明：靶板吸能值随弹速增加而增大直至趋于稳定，结构的损伤与芯层复合材料铺层相关性较小，此外在面密度不变的前提下增加前置钛板的厚度降低后置钛板的厚度可以提高Ti/CFRP/Ti夹层结构吸能效果。

关键词：Ti/CFRP/Ti夹层结构；高速冲击；数值模拟

复合材料结构飞机在服役过程中经常会遇到多种冲击问题，如飞机维修过程中的工具撞击等低速冲击和飞机起降时跑道上溅起的沙石、飞行过程中的飞鸟撞击等高速冲击[1，2]。复合材料对冲击问题非常敏感，在受到冲击后非常容易产生损伤，采取防护措施将冲击损伤危害降到最低显得尤为必要和迫切。

与复合材料相比，金属材料的抗冲击损伤性能优异，但是一般金属材料的比强度比刚度及耐疲劳性能等都弱于复合材料，为更好地发挥复合材料与金属材料两者的优点，纤维金属层板应运而生，金属的各向同性弥补纤维复合材料横向性能弱的缺点，可充分发挥纤维复合材料单向力学性能好的优点，同时表层的金属亦能改善整个材料的抗冲击性能。……