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冲头形状对复合材料层合板低速冲击力学行为影响研究

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兵器材料科学与工程 2023年第4期46卷 1-7页

作者：谭理成汪舟王晓丽杨莹蒋亚琴曾飞段芳芳甘进武汉理工大学汽车工程学院湖北武汉430070 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室湖北武汉430070 上海航天精密机械研究所上海201600 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063

为掌握冲头形状对碳纤维复合材料层合板低速冲击响应的影响规律,了解层合板内部的损伤机制与失效模式,用Abaqus有限元软件对层合板进行低速冲击力学行为的数值模拟,为考虑多种失效模式混合,用三维Hashin强度准则与双线性内聚力模型分别... 详细信息

为掌握冲头形状对碳纤维复合材料层合板低速冲击响应的影响规律,了解层合板内部的损伤机制与失效模式,用Abaqus有限元软件对层合板进行低速冲击力学行为的数值模拟,为考虑多种失效模式混合,用三维Hashin强度准则与双线性内聚力模型分别预测层合板层内与层间的渐进损伤演化,重点讨论冲头形状对层合板冲击响应的影响规律。数值模拟结果与现有低速冲击试验数据较吻合,最大误差低于5%,验证了模型的可靠性。结果表明:冲击接触面积与穿透程度是造成层合板在不同冲头形状下冲击响应差异的主要原因,冲击接触面积较小的冲头对层合板的穿透程度大,会造成层合板沿厚度方向的损伤积累。冲击接触面积较大的冲头对层合板的穿透程度小,会造成层合板沿面内的层间分层损伤扩展。

关键词：冲击动力学碳纤维复合材料层合板冲头形状数值模拟

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泡沫铝夹芯板重复击穿塑性响应及失效破坏

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2024年第1期48卷 43-49页

作者：王贤贵郭开岭封少雄朱凌武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学威海研究院威海264300

文中基于泡沫铝夹芯板的重复冲击实验,研究了冲头形状对夹芯板塑性响应及失效破坏的影响,并分析了其变形累积和能量耗散特性.结果表明:冲头直径与夹芯板边长比α直接影响夹芯板的变形模式,进而影响夹芯板的失效破坏模式.当α为0.2时,夹... 详细信息

文中基于泡沫铝夹芯板的重复冲击实验,研究了冲头形状对夹芯板塑性响应及失效破坏的影响,并分析了其变形累积和能量耗散特性.结果表明:冲头直径与夹芯板边长比α直接影响夹芯板的变形模式,进而影响夹芯板的失效破坏模式.当α为0.2时,夹芯板主要产生局部凹陷,芯层通过局部压缩耗散能量,正面板首先发生破坏;当α达到0.4时,夹芯板主要产生整体弯曲和拉伸,芯层通过整体压缩耗散能量,背面板首先发生破坏.α越大,碰撞力峰值越大,碰撞时间越短,夹芯板的抗击穿次数越大.冲击能量越大,夹芯板在重复冲击下的能量恢复系数越小.

关键词：泡沫铝夹芯板重复击穿动态响应能量耗散冲头形状失效破坏

等能量低速冲击下泡沫铝夹芯板动态力学行为研究

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武汉理工大学学报(交通科学与工程版) 2024年

作者：郭开岭许博方张梗林穆梦颖王贤贵朱凌武汉理工大学船海与能源动力工程学院中国船舶及海洋工程设计研究院高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学)

利用ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板冲击数值仿真模型，分析了泡沫铝夹芯板动态冲击响应特性，并将仿真结果与冲击实验的结果进行了对比。在验证了数值方法的准确性之后，在保持冲击能量相同的前提下，研究了速度-质量组合方式对泡沫铝夹芯... 详细信息

利用ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板冲击数值仿真模型，分析了泡沫铝夹芯板动态冲击响应特性，并将仿真结果与冲击实验的结果进行了对比。在验证了数值方法的准确性之后，在保持冲击能量相同的前提下，研究了速度-质量组合方式对泡沫铝夹芯板冲击力峰值、面板最终挠度、冲击持续时间等动态响应的影响规律。结果表明，在低速冲击范围内，冲击速度对泡沫铝夹芯板加卸载过程、冲击力峰值、最终挠度等结果量的影响非常小，在工程应用中基本可以忽略；然而，冲击速度对泡沫铝夹芯板的冲击过程有较大的影响，不同的速度-质量组合下的冲击力时程曲线、冲击持续时间等都有显著差异，冲击持续时间随初始冲击速度的增大呈指数形式减小。在此基础之上，利用数值仿真进一步研究了冲头直径和冲头形状等对泡沫铝夹芯结构动态响应的影响机理。本文的结论可以应用于考虑冲击能量时指导冲击实验的设计以及结构抗冲击性能的评估。

关键词：泡沫铝夹芯板动态响应等能量冲击速度影响冲头形状冲头直径

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冲头形状ECAP模拟分析研究

锻压装备与制造技术 2017年第2期52卷 66-69页

作者：宋宇晨张良学张泽平李成卢芳园钟艳梅汪程鹏太原理工大学材料科学与工程学院山西太原030024

等通道角挤压(ECAP)是剧烈塑性变形制备超细晶材料的一种有效变形方式,常规的ECAP工艺获得组织不够均匀,损伤较大,由此提出了一种新型的ECAP冲头形状的改良研究。本文采用DEFORM-3D有限元模拟分析ECAP工艺变形机理的方案,引入几何参数λ... 详细信息

等通道角挤压(ECAP)是剧烈塑性变形制备超细晶材料的一种有效变形方式,常规的ECAP工艺获得组织不够均匀,损伤较大,由此提出了一种新型的ECAP冲头形状的改良研究。本文采用DEFORM-3D有限元模拟分析ECAP工艺变形机理的方案,引入几何参数λ,即理论剪切面与冲头和坯料的交界面之间的顺时针夹角,研究发现相比传统的水平冲头(λ=45°),采用λ=90°形状冲头可提高经一次通道ECAP挤压后坯料的均匀性,采用λ=0°的冲头的ECAP形变平均损伤显著减小。本研究可为ECAP的工艺研究提供理论指导。

关键词：等通道角挤压冲头形状塑性变形数值模拟

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机械自紧冲头推力和冲头形状研究

兵工学报 1996年第4期17卷 330-333页

作者：汪嘉春徐秉业清华大学北京100084

从能量原理的角度出发，利用塑性理论中的界限法，仿照对金属成型工艺中讨论平板楔形模具时的分析方法，分别对机械自紧厚壁筒作单纯挤扩变形，形成死区变形，发生刨削内膛变形三种情况进行了力学分析和研究，得到了机械自紧过程中变形... 详细信息

从能量原理的角度出发，利用塑性理论中的界限法，仿照对金属成型工艺中讨论平板楔形模具时的分析方法，分别对机械自紧厚壁筒作单纯挤扩变形，形成死区变形，发生刨削内膛变形三种情况进行了力学分析和研究，得到了机械自紧过程中变形模式的变化规律，冲头推力与冲头锥角的关系，最佳推力的锥角选取原则和影响厚壁筒变形稳定性因素等结果。

关键词：机械自紧冲头冲头推力冲头形状厚壁筒

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混杂复合材料层合板抗冲击性能研究

宇航材料工艺 2023年第6期53卷 48-53页

作者：张超锋韩超超朱佳佳江南大学机械工程学院无锡214122 江南航天机电工业有限公司苏州215300

为了探究复合材料层合板在实际应用中因承受冲击载荷而造成的结构安全问题,本研究采用实验和仿真相结合的方法,首先探究冲头形状对复合材料层合板损伤机理的影响,然后结合不同冲击能进一步揭示层合板的承载力和能量吸收变化规律。结果表... 详细信息

为了探究复合材料层合板在实际应用中因承受冲击载荷而造成的结构安全问题,本研究采用实验和仿真相结合的方法,首先探究冲头形状对复合材料层合板损伤机理的影响,然后结合不同冲击能进一步揭示层合板的承载力和能量吸收变化规律。结果表明,相同冲击能下,层合板的损伤范围和承载力随着圆锥头、半球头、平头依次增加;相应的层合板的临界穿透能量随着圆锥头、半球头、平头依次增大;冲头形状和冲击能对层合板的吸能能力有较大的影响。

关键词：混杂复合材料层合板低速重载冲击冲头形状冲击性能

复合材料Nomex蜂窝夹芯结构冲击及冲击后压缩性能研究

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复合材料Nomex蜂窝夹芯结构冲击及冲击后压缩性能研究

作者：黄贵宾郑州大学

学位级别：硕士

Nomex蜂窝以其良好的比强度、吸能性、阻燃、防水耐菌、介电性能优良和轻便等特性而成为应用最广泛的夹层结构芯层材料,复合材料Nomex蜂窝夹芯结构以其高比刚度、比强度和吸能性能被广泛应用于航空航天、船舶、车辆和军事防护等领域中... 详细信息

Nomex蜂窝以其良好的比强度、吸能性、阻燃、防水耐菌、介电性能优良和轻便等特性而成为应用最广泛的夹层结构芯层材料,复合材料Nomex蜂窝夹芯结构以其高比刚度、比强度和吸能性能被广泛应用于航空航天、船舶、车辆和军事防护等领域中。然而在实际工程应用中Nomex蜂窝夹芯容易受到外界冲击产生不可见损伤,而导致实际机械性能下降产生安全隐患,因此有必要对其抗冲击性能以及冲击后结构的剩余强度进行研究。本文针对Nomex蜂窝夹芯的在低速冲击下的抗冲击性能和碳纤维复合材料板Nomex蜂窝夹芯结构的冲击后面内压缩剩余强度性能进行了试验和仿真研究,主要内容如下:首先对蜂窝夹层结构进行了冲击和压缩载荷下的理论研究,介绍了改进赫兹接触公式和面内压缩试验的经验公式,基于渐进损伤理论、内聚力损伤模型及三维Hashin准则在ABAQUS中建立了碳纤维层合板仿真模型,基于延性损伤准则将面板与芯层的连接胶层视为理想弹塑性材料以实体单元建模。最终建立了铝面板Nomex蜂窝低速冲击(Low velocity impact,LVI)和复合材料板Nomex蜂窝冲击后压缩(Compression after impact,CAI)仿真计算精细模型。基于ASTM D7766/D7766M-11和ASTM D7137/D7137M-17标准搭建了落锤冲击试验平台和面内压缩试验平台,完成了低速落锤冲击试验和冲击后面内压缩试验,与已建立的LVI和CAI仿真模型进行对比,验证了仿真模型的准确性,总结了试验结果并结合仿真分析阐释了冲击和压缩试件的损伤形貌。在经过验证的仿真模型的基础上,建立了不同形状冲头、不同冲击角度的LVI和CAI仿真模型进行计算,讨论了外部冲击形式对复合材料层合板Nomex蜂窝夹芯结构的冲击力、冲击能量吸收和摩擦耗散、压缩载荷以及损伤变形过程的影响。同时仿真研究了铺层角度不变而改变结构上下面板厚度分配对结构的面内压缩强度和剩余强度的影响。试验和仿真研究结果表明:冲头形状越平整冲击接触面积大,Nomex蜂窝夹芯结构的冲击力峰值越大且接触时间持续更短;尖锐冲头冲击下结构最大变形深度和最终变形深度更大,蜂窝芯层吸能占比降低但总吸能几乎不变。冲击角度从0°增大到45°,接触时间增加了34.88%,接触力峰值降低了12.79%;平头冲击器在15°到30°内冲击时,冲击力-时间曲线和冲击力-位移曲线趋势相近。Nomex蜂窝芯是主要吸能部分,角度越大Nomex蜂窝结构整体吸收与摩擦耗散的总能量越多。冲击给复合材料面板造成表面凹坑和凹坑边缘沿表层纤维方向的开裂,压缩造成面板侧边形成断裂裂纹和内部蜂窝芯屈曲褶皱、裂纹生长且芯壁开裂。合适的面板厚度分配可使结构失效过程更为平稳,改善剩余压缩性能;冲头越尖锐冲击后结构的剩余面内压缩强度就会越低,压缩失效的位移却越大;冲击角度对结构CAI强度影响非线性相关,但斜冲击下的剩余压缩强度要优于正冲击的情况。

关键词：复合材料层合板 Nomex蜂窝低速冲击冲击后压缩冲头形状冲击角度

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复合材料层压板低速冲击行为及剩余拉伸强度

北京航空航天大学学报 2021年第6期47卷 1220-1232页

作者：管清宇冯剑飞夏品奇吴光辉南京航空航天大学航空学院南京210016 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院复合材料中心上海201210 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院试验验证中心上海201210 中国商用飞机有限责任公司上海201210

通过实验研究了复合材料层压板的低速冲击行为和剩余拉伸强度。首先,通过冲击实验研究了冲头类型和铺层形式对层压板冲击响应的影响,并通过凹坑深度、损伤投影面积、冲击力和冲击能量转化等对冲击损伤特性进行评估。其次,通过准静态拉... 详细信息

通过实验研究了复合材料层压板的低速冲击行为和剩余拉伸强度。首先,通过冲击实验研究了冲头类型和铺层形式对层压板冲击响应的影响,并通过凹坑深度、损伤投影面积、冲击力和冲击能量转化等对冲击损伤特性进行评估。其次,通过准静态拉伸实验调查了层压板的冲击后拉伸响应和剩余拉伸强度。最后,分析了冲头类型和铺层形式对层压板冲击行为和剩余拉伸强度的影响机理。结果表明:冲头类型对层压板冲击损伤的影响与冲击接触面投影面积和凹坑深度的函数关系密切相关;在较高的冲击能量下,条刃形冲头是造成损伤的关键冲击威胁,而立方角形冲头造成的损伤相对不严重;铺层形式对层压板的冲击损伤阻抗性能和拉伸断裂形貌有明显的影响。

关键词：复合材料层压板冲头形状冲击行为拉伸强度

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泡沫铝夹芯板重复击穿塑性响应及失效破坏

武汉理工大学学报(交通科学与工程版) 2023年

作者：王贤贵郭开岭封少雄朱凌高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学) 武汉理工大学威海研究院武汉理工大学船海与能源动力工程学院

泡沫铝夹芯结构具有优异的抗冲击性能，在舰船舷侧结构的冲击防护领域具有巨大的应用价值。本文开展了泡沫铝夹芯板的重复冲击实验，研究了冲头形状对夹芯板塑性响应及失效破坏的影响，并分析了其变形累积和能量耗散特性。研究表明，冲... 详细信息

泡沫铝夹芯结构具有优异的抗冲击性能，在舰船舷侧结构的冲击防护领域具有巨大的应用价值。本文开展了泡沫铝夹芯板的重复冲击实验，研究了冲头形状对夹芯板塑性响应及失效破坏的影响，并分析了其变形累积和能量耗散特性。研究表明，冲头直径与夹芯板边长比α直接影响夹芯板的变形模式，进而影响夹芯板的失效破坏模式。当α为0.2时，夹芯板主要产生局部凹陷，芯层通过局部压缩耗散能量，正面板首先发生破坏；当α达到0.4时，夹芯板主要产生整体弯曲和拉伸，芯层通过整体压缩耗散能量，背面板首先发生破坏。α越大，碰撞力峰值越大，碰撞时间越短，夹芯板的抗击穿次数越大。冲击能量越大，夹芯板在重复冲击下的能量恢复系数越小。

关键词：泡沫铝夹芯板重复击穿动态响应能量耗散冲头形状失效破坏实验研究