薄面板蜂窝夹层结构高速穿透冲击损伤阻抗研究

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复合材料蜂窝夹层结构已经广泛用于航空航天领域,对于薄面板结构,在较低能量的冲击下就会产生目视可见损伤,甚至是面板穿透。从结构耐久性设计的角度出发,研究薄面板蜂窝夹层结构的冲击损伤阻抗具有重大意义。
　　首先,对NOMEX蜂窝夹层结构进行了平压试验,通过蜂窝等效力学性能的研究,得到了NOMEX蜂窝纸的力学性能。考虑蜂窝结构的周期对称特性,选取子单元并施加对称的边界条件,建立了有效的蜂窝夹层结构平压有限元模型,分析了蜂窝平压失效过程。然后,用两种质量的冲头对不同面板厚度的复合材料夹层结构进行了多种能量的落锤式冲击试验,并分析了冲击速度、冲击能量、面板厚度对冲击响应和失效模式的影响。最后,考虑复合材料面板的渐进失效过程,通过VUMAT子程序自定义复合材料面板的本构关系,建立了复合材料薄面板蜂窝夹层结构冲击的有限元模型,在ABAQUS/EXPLICIT求解器中对两种典型冲击工况进行仿真模拟。有限元结果与试验结果吻合较好,从而验证了模拟方法的正确性,之后利用正确的有限元模型分析了冲击的损伤过程和机理。
　　研究发现:冲击能量相对较低时,最大接触力较小,随着冲击能量的增加,最大接触力在增大过程中会出现门槛值。低能量下,冲击损伤表现为面板凹坑和冲击点周围少量分层,随着冲击能量变大,面板逐渐出现纤维断裂并进而穿透。面板未穿透时,冲头会反弹,接触力-时间曲线的下降段没有台阶;面板穿透时,冲头不反弹,接触力下降段出现台阶。当最大接触力达到门槛值后,相同冲击能量,冲头质量越大,冲击持续时间越长,凹坑越深。

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作者
张俊琪;
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作者单位

上海交通大学;

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授予单位上海交通大学;
学科飞行器设计
授予学位硕士
导师姓名汪海;
年度 2014
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类金属和非金属复合材料;
关键词
航空材料; 薄面板; 复合材料; 蜂窝夹层结构; 穿透损伤;

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