论文摘要：复合材料层板损伤阻抗性能研究

本文采用试验和模拟计算相结合的方式对复合材料层板损伤阻抗性能进行了较深入的研究。 本文建立了适用于复合材料低速冲击及准静态压痕分析的有限元程序，并分别对一般树脂复合材料层板和增韧树脂复合材料层板进行了模拟分析。在不同材料体系、不同冲击能量下复合材料层板低速冲击损伤特性分析的基础上，结合复合材料层板准静态压痕试验结果，分析计算了复合材料层板在低速冲击载荷作用下的永久凹坑深度。具体而言，本文的研究工作可归纳如下： 1. 建立了用于处理复合材料低速冲击及准静态压痕问题的有限元分析程序包，其与通用商业有限元前后置处理软件MSC.PATRAN紧密结合，并使用MATFOR语言对其分析过程实现图形化显示。2. 将商业软件Pam-Crash中的两相刚度折减法引入分层累计损伤模拟计算，而对基体开裂和纤维断裂的累积损伤则使用当前常用的变折减系数法，较好地平衡了计算效率和精度。此种累积损伤处理方法可恰当地协调一般树脂复合材料层板和增韧树脂复合材料层板的低速冲击损伤模拟计算。 3. 研究了不同冲击能量下层板的动力学响应及损伤发展情况，并结合准静态压痕试验结果，提出了拐点凹坑、拐点冲击能量和峰值载荷能量的概念。并根据层板的分层门槛能量和拐点冲击能量将低速冲击试验所获取的接触力历程曲线划分为六种形态，以描述冲击接触力形态的改变与损伤机理转化的关系。 4. 使用接触定律对层板受冲击后表面永久凹坑深度进行计算，并分析了此方法的适用范围。根据低速冲击及准静态压痕试验结果，对拐点凹坑这一特殊的永久凹坑提出简化计算方法。并分析了T300/5405复合材料层板受冲击载荷后表面易产生明显凹坑的原因；对目视可检损伤研究应施加的冲击能量提出建议。通过对复合材料损伤表征参数的探讨，研究各损伤表征参数间的关系。 5. 对复合材料低速冲击与准静态压痕进行了等效性分析。从施加总能量和横向最大载荷值两个基准参数入手，通过热揭层分析，深入比较每一单层的损伤类型和程度，分析复合材料低速冲击与准静态压痕的等效性，并对这两个基准参数进行考量，从中选择较适当的基准参数。6. 对不同材料体系的层板，试验研究其分层损伤门槛能量及其对应的最大载荷值。对同一层板在不同冲击能量下进行试验，研究层板的分层起始载荷值与冲击能量的关系，并与其准静态压痕试验的分层起始载荷值进行比较。

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