低速冲击下碳纤维复合材料尾翼梁腹板的损伤容限分析

作     者：徐伟 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高维成

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：损伤容限 低速冲击 梁腹板 ABAQUS 

摘      要：碳纤维增强复合材料现如今已经广泛应用于飞机结构上，由于在飞机运行使用以及维护过程中，不可避免会遭受到低速冲击，并且发生频率较高，冲击损伤积累下来会对飞机结构的完整性以及承载能力造成安全隐患。因此，研究飞机相关复合材料结构部件在低速冲击下的响应特点以及损伤特征，并进一步研究部件在冲击损伤以后的剩余强度，对于飞机的损伤容限设计具有重要的意义，同时对于飞机结构的安全性能评估也具有一定的指导意义。 本文基于通用有限元软件ABAQUS进行了冲击过程的动态有限元模拟。运用Hashin失效准则和等效线性的损伤演化来模拟材料面内的失效。通过在复合材料铺层之间加入COHESIVE单元，并采用二次名义应力准则来判定损伤起始，用线性软化的损伤演化准则和基于能量的BK模式判断层间分层扩展。将仿真分析得到的主要冲击响应参数和损伤结果与试验进行对比分析，对仿真分析的方法进行了修正，并最终使仿真与试验具有较好的符合性。 本文针对复合材料梁腹板，通过落锤冲击试验研究了其低速冲击特性。得到了冲击损伤的相关参数，包括凹坑深度、损伤面积，通过对试验结果的统计，给出了凹坑深度、损伤面积与冲击能量之间的对应关系。并通过剪切载荷试验，分析了梁腹板的剩余剪切强度，给出了梁腹板的损伤容限性能的分析与评估。