周翔

摘 要：本文使用ABAQUS有限元软件来模拟复合材料层合板的冲击瞬态响应。根据以下假设研究冲击的瞬态响应：冲击头与复合材料层合板之间摩擦忽略不计;复合材料层合板的阻尼作用忽略不计;冲击过程中的重力忽略不计;将冲击头视为刚体。对层合板低速冲击的分层损伤情况、冲击力--时间、冲头位移--时间进行数值模拟预测，预测了复合材料层合板分层的方向和形状。

关键词：复合材料;层合板;仿真模拟

本文使用Abaqus/Explicitv6.14显式求解器进行仿真，使用Abaqus/Explicit中编写的VUMAT用户子程序获得本构模型。[1-2]层合板层和界面的个体本构关系为非线性响应。通过基于三维渐进累积损伤分析方法来模拟层合板的损伤。对平面内剪切载荷作用下的塑性变形和破坏进行建模，得到基体的剪切响应。层间破坏通过使用粘性区域元素解决，对其破坏演化进行模拟[3-4]。

1 复合材料层合板有限元模拟

1.1 层合板几何模型

层合板几何尺寸为150×100mm，厚度2.6mm。铺层方式为[（45/0）/（-45）/90]5，共20层，单层厚度0.13mm。用Cohesive实体单元模拟分层损伤，有限元模型如图1所示：

三维有限元模型是在Abaqus/Explicit显式中生成。该模型由150×100mm的三维可变形层合板组成，夹具底座为钢制，底座有125×75mm的矩形开口、四个直径为14mm的刚性圆柱形夹具和一个直径为16mm的刚性半球形冲击头组成。

层合板被建模为三维可变形板实体，该板由20层0.13mm等厚的单向复合层组成。在模型中，每一层被视为单一均匀厚层。平面内网格在沖击区域进行加密处理。

1.2 接触的定义

接触是通过Abaqus/Explicit中的一般接触算法进行模拟的。……