复合材料层压板冲击后压缩强度拟合模型
2021-12-06管清宇夏品奇郑晓玲吴光辉
上海交通大学学报 2021年11期
管清宇,夏品奇,郑晓玲,吴光辉
(1.南京航空航天大学 航空学院,南京 210016;2.中国商飞上海飞机设计研究院 复合材料中心,上海 201210;3.中国商飞上海飞机设计研究院,上海 201210; 4.中国商用飞机有限责任公司,上海 200126)
碳纤维增强的环氧树脂复合材料层压板具有比强度高、比模量高、耐腐蚀、抗疲劳和力学性能可设计等优点.近年来,其在飞机主结构中的使用量不断增加[1-3].然而复合材料较脆,其在冲击作用下不能像铝合金等传统金属材料一样通过塑性变形吸收能量,因此对外来物的冲击比较敏感.冲击事件可能导致层压板产生严重的内部损伤,从而造成其强度显著下降,尤其是压缩强度,可能下降50%以上[4-6].而在飞机运营和维护环境中,存在许多潜在冲击威胁,例如工具掉落、冰雹冲击、设备碰撞和车辆撞击等[7].这些冲击威胁均可能对飞机复合材料结构的强度性能造成严重影响.因此,在飞机设计阶段,需要获得潜在冲击威胁对复合材料结构剩余压缩强度的影响.
复合材料层压板的冲击后压缩强度主要受其内部纤维断裂和分层的严重程度影响.杨宇等[8]认为纤维断裂导致的应力集中是决定冲击后压缩强度的主要因素.基于此观点,童谷生等[9]和燕瑛等[10]分别采用开孔等效法和软化夹杂法预测冲击后压缩强度.Papanicolaou等[11-13]认为分层扩展是决定冲击后压缩强度的主要因素.基于此观点,Dost等[14-15]提出子层屈曲法.此外,崔海坡等[16]在单次有限元分析中将冲击过程……
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