斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板冲击后压缩行为分析

作     者：和卫平 刘明 魏建辉 康逢辉 葛辛辛 张攀 HE Weiping;LIU Ming;WEI Jianhui;KANG Fenghui;GE Xinxin;ZHANG Pan

作者机构：武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430205 洛阳船舶材料研究所河南洛阳471023 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 华中科技大学船舶与海洋工程学院湖北武汉430074 

出 版 物：《中国舰船研究》 (Chinese Journal of Ship Research)

年 卷 期：2023年第18卷第5期

页      面：166-172页

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52171307) 

主　　题：碳纤维复合材料 冲击后压缩 压缩强度 失效模式 有限元分析 

摘      要：[目的]为分析冲击损伤对层合板压缩强度和失效行为的影响,对冲击后的编织碳纤维复合材料层合厚板开展面内压缩试验和数值仿真研究。[方法]通过建立有限元模型,开展层合板冲击后的压缩仿真分析,采用Fortran语言编写用户自定义材料子程序(VUMAT),实现改进的Hashin失效准则和基于损伤变量的材料退化模型在ABAQUS/Explict中的应用;从压缩强度和压缩破坏模式两方面将数值模拟与试验结果进行对比,验证所建立数值模型的有效性。[结果]结果显示,冲击损伤会降低层合板的压缩强度,无损层合板的压缩失效模式为端部破坏,冲击后的层合板会出现横贯试件中部的截断式破坏;冲击后的压缩强度会随冲击能量的增大而降低,但压缩强度与冲击能量之间并不存在线性关系;层合板损伤行为的拓展与压缩载荷的历程密切相关,压缩载荷在达到层合板破坏载荷的阈值之前,层合板的损伤几乎没有发生拓展,一旦压缩载荷达到阈值,损伤将沿宽度方向迅速拓展,最终发生横贯整个模型宽度方向的压缩损伤。[结论]所做研究可为斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板的抗冲击性能评估提供参考。