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碳纤维增强树脂基层板应变率相关损伤数值研究

彭亮 黄文博 毛伟 赵美英

彭亮, 黄文博, 毛伟, 等 . 碳纤维增强树脂基层板应变率相关损伤数值研究[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(4): 694-700. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0846
引用本文: 彭亮, 黄文博, 毛伟, 等 . 碳纤维增强树脂基层板应变率相关损伤数值研究[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(4): 694-700. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0846
PENG Liang, HUANG Wenbo, MAO Wei, et al. Numerical study for damage of carbon fiber reinforced resin matrix laminates related to strain rates[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(4): 694-700. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0846(in Chinese)
Citation: PENG Liang, HUANG Wenbo, MAO Wei, et al. Numerical study for damage of carbon fiber reinforced resin matrix laminates related to strain rates[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(4): 694-700. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0846(in Chinese)

碳纤维增强树脂基层板应变率相关损伤数值研究

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0846
基金项目: 

国家自然科学基金 11502205

详细信息
    作者简介:

    彭亮, 男, 博士研究生, 讲师。主要研究方向:复合材料结构损伤

    黄文博, 男, 硕士研究生。主要研究方向:航空复合材料结构冲击损伤

    毛伟, 男, 硕士研究生。主要研究方向:复合材料结构损伤

    赵美英, 女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:航空复合材料结构

    通讯作者:

    赵美英, E-mail:zhaomeiying@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: V214.8

Numerical study for damage of carbon fiber reinforced resin matrix laminates related to strain rates

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 11502205

More Information
  • 摘要:

    为了研究高应变率载荷对于碳纤维增强树脂基复合材料变形破坏行为的影响,通过应变率修正式对复合材料的刚度与强度进行修正,建立了可考虑应变率效应的复合材料损伤数值模型,采用该模型对不同应变率条件下层板结构的面内破坏行为进行了模拟并与文献实验进行了对比分析。计算结果表明:本文所构建的数值模型可以有效预测树脂基层板结构在不同应变率条件下的破坏特征,并在材料刚度与强度硬化现象的预测方面有着较高精度;对于0°、90°铺层主导的试件,由于其力学性能近似为线性,数值模型在强度预测方面获得了较高精度;而对于±45°铺层主导试件,其在不同应变率条件下表现出较强的非线性损伤特性,因此模型在其强度性能预测方面存在一定误差。

     

  • 图 1  VUMAT子程序流程图

    Figure 1.  Flowchart of VUMAT subroutine

    图 2  复合材料层板拉伸试件尺寸[6]与有限元模型

    Figure 2.  Dimension[6] and finite element model of composite laminated tensile specimen

    图 3  [(45/-45)4]s层板结构在不同应变率条件下实验[6]与数值仿真断口形貌对比

    Figure 3.  Comparison of fracture morphology between experiment[6] and numerical simulation under different strain rates for [(45/-45)4]s laminate structure

    图 4  不同应变率条件下试件实验与数值仿真结果

    Figure 4.  Results of experiment and numerical simulation of specimens under different strain rates

    表  1  不同损伤模式下的等效位移与应力计算式

    Table  1.   Formulas of equivalent displacement and stress under different damage modes

    损伤模式 等效位移 等效应力
    纤维拉伸
    纤维压缩
    基体拉伸
    基体压缩
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    表  2  T700/Epoxy复合材料本构参数

    Table  2.   Constitutive parameters of T700/Epoxy composite

    参数 数值
    E11/GPa 119.8
    E22=E33/GPa 10.5
    ν12=ν13 0.297 5
    ν23 0.48
    G12=G13/GPa 5.2
    G23/GPa 3.7
    XT/GPa 1.805
    XC/ GPa 1.338
    YT/ GPa 0.05
    YC/GPa 0.204
    ST=SC/GPa 0.13
    AS 2.3
    BS 0.2
    CS 3.1
    Am 1.85
    Bm 0.5
    Cm 1.3
    注:ASBSCS-强度应变率效应参数值;AmBmCm-模量应变率效应参数值。
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    表  3  界面层材料等效参数

    Table  3.   Equivalent parameters of interface layer material

    MPa
    等效参数 Knn Kss Ktt
    数值 250 000 121 100 121 100
    注:Knn-法向刚度;Kss-1方向刚度;Ktt-2方向刚度。
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    表  4  界面层材料破坏强度

    Table  4.   Damage strength of interface layer material

    MPa
    破坏模式 法向 1方向 2方向
    界面强度 102 50 50
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-03
  • 录用日期:  2016-12-02
  • 刊出日期:  2017-04-20

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