袁浩，赵晓昱

（201620 上海市 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院）

0 引言

复合材料是指将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，通常包括2 种及以上的材料复合而成，是典型的各向异性材料，同时具有良好的设计性，但复合材料层合板在使用中难免会受到碰撞，尤其是碳纤维增强复合材料因其脆性较大，遭受冲击后会产生纤维断裂、基体开裂、分层失效等问题影响使用寿命[1-3]，因而复合材料层合板在低速冲击下的损伤问题成为复合材料性能研究的一个重要课题。以往的冲击模型大多采用参数退化或指数退化[4]，多为经验参数或公式，并没有体现出复合材料本身的本构关系。本文使用ABAQUS 软件分析复合材料层合板损伤形式，将传统的应力失效判据转换为基于应变的失效判据[5]，使用VUMAT 用户子程序模块编写了基于纤维断裂韧性的刚度退化方案。层间失效则从断裂力学出发结合传统应力失效准则以及应变能释放率分析分层损伤的起始和失效演化。

1 基本理论

1.1 材料失效判据

采用三维Hashin 失效准则编写了用于显示计算的VUMAT 用户子程序。该失效准则相对于二维的Hashin 失效准则考虑到了材料在被破坏时X，Y，Z 这3 个方向的拉伸和压缩失效以及他们之间的相互关联。图1 给出了复合材料的三维受力示意图，即在计算时考虑单元受到的正应力和剪切应力。

图1 单向层合板受力示意图Fig.1 Force diagram of unidirectional laminate

3 个方向的失效判定因子如下，认为当3 个方向的判定系数大于等于1 时，材料失效。……