PVC泡沫夾芯碳纖維-環(huán)氧樹(shù)脂夾芯板低速?zèng)_擊數(shù)值模擬.pdf

1、復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)由于具有比強(qiáng)度高、比模量大、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、阻尼和吸能等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天構(gòu)件、軍艦殼體、高速列車車廂及建筑材料。然而復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)、安裝、服役等過(guò)程中容易受到外來(lái)不可預(yù)知形狀物體的撞擊，如鳥、冰雹、沙石的碰撞，會(huì)使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生肉眼不可觀測(cè)到的損傷(比如芯材坍塌或壓碎損傷)，從而會(huì)降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和使用壽命，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全使用造成潛在威脅。因此，有必要對(duì)其在靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)載荷下的變形和沖擊行為進(jìn)行研究，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)

2、化設(shè)計(jì)能夠提供理論參考依據(jù)。
　　本文主要在ABAQUS有限元分析軟件中建立三維PVC泡沫碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂夾芯板有限元模型。采用三維Hashin失效準(zhǔn)則預(yù)測(cè)面板的初始失效模式、零厚度的界面粘結(jié)單元模擬不同界面間的層間損傷、可壓碎泡沫塑性模型模擬PVC泡沫芯材的塑性應(yīng)變行為。結(jié)合文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果驗(yàn)證了建模方法的有效性及模型的可行性。然后分析了兩種接觸算法和相互作用區(qū)域網(wǎng)格大小對(duì)接觸力-位移曲線、內(nèi)能和耗散能及分層面積大小的影響。

3、同時(shí)分析了芯材厚度、沖頭形狀、混雜纖維面板對(duì)耗散能和層間損傷面積大小的影響。分析結(jié)果表明：
　　（1）通用接觸和面面接觸作用下，面面接觸更適合分析夾芯板的沖擊響應(yīng)。其得到的接觸力歷程曲線光滑，對(duì)臨界值和相互作用時(shí)間影響較小，與實(shí)驗(yàn)值的誤差小。
　?。?）相互作用區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格尺寸的分析結(jié)果表明：損傷耗散能對(duì)網(wǎng)格尺寸的依賴性較大，耗散能隨網(wǎng)格尺寸的增大而降低。相對(duì)而言，其對(duì)接觸力的影響較小。
　?。?）PVC芯材厚度分析結(jié)果

4、表明：夾芯板的最大接觸力隨著芯材厚度的增加有降低的趨勢(shì)，達(dá)到最大接觸力的時(shí)間也有所延后；同時(shí)芯材厚度增大，相同沖擊能量下，沖擊接觸時(shí)間也會(huì)增加。
　?。?）三種沖頭分析結(jié)果表明：壓頭接觸表面越大，接觸力曲線的寬度越窄、初始沖擊能量相同時(shí)，其接觸力歷程曲線上有最大接觸力，曲線頂端平緩區(qū)域短，與夾芯板發(fā)生相互作用的時(shí)間最短；壓頭接觸表面小的，接觸力歷程曲線頂端平緩區(qū)域較長(zhǎng)、最大接觸力小，但與面板的相互作用時(shí)間最長(zhǎng)；分析沖擊前后速度隨時(shí)

5、間的變化關(guān)系可知，有較大接觸面的沖頭與面板發(fā)生相互作用后的剩余速度最大，接觸面小的錐形沖頭剩余速度絕對(duì)值最小。
　?。?）混雜纖維面板夾芯結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明：通過(guò)分析層間損傷可知，雖然增大碳纖維層比例能夠提高夾芯板整體的抗沖擊性能，但是其層間損傷最大；與沖頭最先接觸的表面層纖維為芳綸時(shí)，可以有效降低層間損傷面積。分析了ACCCA、CACAC、CCACC三種混雜面板蒙皮與芯材單元節(jié)點(diǎn)的位移歷程曲線，ACCCA面板夾芯結(jié)構(gòu)的芯材在4J和