周俊杰, 王生楠

(西北工业大学 航空学院, 陕西 西安 710072)

先进复合材料具有比刚度高、比强度高和优秀的抗疲劳特性等出色性能特点，被广泛地应用于各个行业之中。尤其是在航空航天领域中，最新军用或民用飞机的大多部件都是由复合材料制成的[1]。这些结构在生产、服役以及维修期间可能会遭受到各类冲击事件，例如天气突变落下的冰雹、跑道上溅起的碎石和掉落的维修工具等[2]。虽然这类低速冲击可能无法对表面造成可视损伤，但是在复合材料的内部已经造成了一定程度的基体裂纹或者层间分层等不可逆的损伤模式，严重降低了其结构强度和性能，造成了一定程度的安全隐患[3]。这种目视勉强可检损伤(BVID)对复合材料的设计和发展提出了很大的挑战[4]。鉴于试验测试的高昂成本以及无法精准地实时监控BVID，数值模拟被认为是一种很有效的方法，它能在较短的时间内模拟冲击行为并预测出复合材料内部复杂的破坏机制。因此，国内外很多学者使用有限元数值模拟的方法来研究复合材料层合板在低速冲击载荷作用下的损伤问题[5-12]。

建立合适的本构模型可以模拟复合材料层合板的冲击行为。在众多发展良好的数值模拟技术中，考虑了损伤起始以及刚度退化过程的渐进损伤模型(PDM)逐渐成为了最适用的一种模拟方案[10-12]。拓宏亮等[10]使用最大应变失效准则与三维Puck准则建立了关于复合材料层合板低速冲击的三维数值模型，得到了四级能量冲击下的损伤和响应规律。……