GLARE层合板抗低速冲击性能分析和数值模拟,此文是一篇合板论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。
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摘 要：采用不同冲击能量对玻璃纤维增强铝合金层合板（GLARE层合板）进行落锤低速冲击试验,得到了冲击载荷、位移和能量和时间的关系曲线.在不同冲击能量下,对层合板的冲击响应以及冲击过程中的损伤演化进行了分析.结果表明,不同冲击能量下基体压缩损伤面积随着冲击能量的增大而增大, 而冲击能量相同时,受冲击面方向的第一、二层基体拉伸损伤面积远大于第三、四层,玻璃纤维/环氧树脂预浸料的铺层顺序以及方向是影响层合板抗冲击性能的主要因素.基于ABAQUS建立了GLARE层合板的低速冲击有限元分析模型,数值模拟结果说明：在低能量冲击时采用延性损伤准则作为铝合金材料的损伤判据是合理的.
关键词：GLARE层合板；低速冲击；能量；有限元分析；损伤
DOI：10.15938/j.jhust.2017.06.027
中图分类号： V257
文献标志码： A
文章编号： 1007-2683（2017）06-0140-07
Abstract：Through the drop weight tests on Glass fiber reinforced aluminum laminates being performed with different impact energy at low speed, the curve of impact load, deflection, and energy histories for each tests were obtained. The dynamic response and impact damage evolution of GLARE laminates under different impact energy were analyzed. The results show that the damage area of matrix compression under different impact energy increases with the increase of impact energy. At the time of same Impact energy, the tensile damage area of the first and second substrate of the hit plan was far greater than the third and fourth floors, and glass fiber/epoxy resin layer sequence and direction of presoak material were the main factors influencing the laminates lowspeed Impact Resistance. The finite element analysis model of lowspeed impact of laminates was built based on ABAQUS. The numerical simulation results show that in low energy impact by means of the criterion of ductile damage as a damage criterion of aluminum alloy material is reasonable.
Keywords：GLARE laminates； lowspeed impact； energy； finiteelement analysis； damage
玻璃纤维增强铝合金层合板（glass fiber reinforced aluminum laminates,GLARE层合板）是将玻璃纤维/环氧树脂预浸料和高强度的铝合金薄板交替铺层,在特定的温度和压力下固化成型.GLARE层合板同时具备铝合金薄板以及玻璃纤维/环氧树脂预浸料的优点.和铝合金薄板相比,GLARE层合板具有更高的损伤容限、更好防火性能、更低的密度以及抗腐蚀性能,并且,在冲击和疲劳方面尤为凸显.GLARE层合板更易于加工及切割是和玻璃纤维/环氧树脂预浸料相比的优势.正因为这些优良的机械性能,GLARE层合板被广泛运用于航空领域.在空客A380 的机身上部外壳和尾翼的主边缘使用了大约5000平方英尺GLARE层合板材料[1-2].
GLARE层合板结构具有层状特点,在低速冲击载荷的作用下,比如冰雹、维修工具等撞击可能使其结构内部各层间以及纤维预浸料内产生大量的损伤,存在潜在的危险.由于这种低能量冲击损伤的隐蔽性和危害性,对层合板低速冲击损伤特性的研究具有一定的理论和实际意义.
文[3]等对GLARE层合板的低速冲击响应进行了研究,其研究结果表明,在一个特定类型的纤维金属层合板中发生初始裂纹时的单位能量比2024T3铝合金高大约10%.马玉蛾[4]等对GLARE层合板进行了落锤低速冲击试验,并对试验仿真分析,结果显示FMLs内部的分层面积并不沿着冲击方向依次增大,而是在铝层上方.文[5-6]等考虑材料和冲头尺寸以及冲击位置等影响因素,研究了复合材料层合板抗冲击性能等问题,其研究表明随着堆叠层数和冲头尺寸增大,最大应力不断增大,且得知低速冲击下的损伤通常是由基体内板开裂、纤维失效和脱层组成,穿透能随着纤维层数和板材厚度增大而增大.陈勇[7]等对纤维金属层合板落锤低速冲击试验进行数值仿真,该文章改进了传统的连续损伤力学CDM模型,可以较好的预测FMLs在低能量冲击载荷下的动态响应,并得到FML第二層复合材料发生纤维拉伸断裂损伤情况比第一层更严重的结论.蔺晓红[8]等根据JohnsonCook模型以及Hashin准则和脱层损伤准则,应用三维动态理论,对碳纤维增强铝合金层板的抗低速冲击性能进行研究,结果表明在冲击能量的增加时,该层合板吸能由弹性能和塑性能扩展到断裂能,能量吸收率提高.文[9]等以复合材料层合板的脱层面积为评估标准,考虑到纤维铺层角度及连续相同角度的铺层等铺层参数,分析了复合材料层合板抗冲击性能.
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