| 肖琳,魏忠桦,俞爱民,张问琳,彭建文,王冠辉,韩润林.冲头尺寸与冲击速度对CFRP层合板冲击损伤形成与扩展的影响[J].井冈山大学自然版,2025,46(6):79-94 |
| 冲头尺寸与冲击速度对CFRP层合板冲击损伤形成与扩展的影响 |
| Influence of punch size and impact velocity on the formation and expansion of impact damage in CFRP laminates |
| 投稿时间：2025-08-07 修订日期：2025-09-12 |
| DOI：10.3969/j.issn.1674-8085.2025.06.009 |
| 中文关键词: CFRP 低速冲击 有限元模拟 损伤特性 能量吸收 |
| 英文关键词: CFRP low-velocity impact finite element simulation damage characteristics energy absorption |
| 基金项目:国家自然科学基金项目(22366021); 江西省重点研发计划“揭榜挂帅”企业需求类项目(20244BBG73013); 江西省教育厅科技计划项目(GJJ2401508,GJJ2401506) |
| 作者 | 单位 | E-mail | | 肖琳 | 井冈山大学化学化工学院, 江西, 吉安 343009
博硕科技江西有限公司, 江西, 吉安 343199
吉安市高性能与环保复合材料重点实验室, 江西, 吉安 343009 | | | 魏忠桦 | 井冈山大学化学化工学院, 江西, 吉安 343009 | | | 俞爱民 | 井冈山大学化学化工学院, 江西, 吉安 343009 | | | 张问琳 | 井冈山大学化学化工学院, 江西, 吉安 343009 | | | 彭建文 | 博硕科技江西有限公司, 江西, 吉安 343199 | | | 王冠辉 | 井冈山大学化学化工学院, 江西, 吉安 343009
吉安市高性能与环保复合材料重点实验室, 江西, 吉安 343009 | wangguanhui@jgsu.edu.cn | | 韩润林 | 井冈山大学化学化工学院, 江西, 吉安 343009 | hanrunlin@163.com |
|
| 摘要点击次数: 35 |
| 全文下载次数: 23 |
| 中文摘要: |
| 碳纤维增强聚合物基复合材料（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）具有高比强度、高比模量、低密度和耐腐蚀等特性，相比于传统金属材料，其优势显著。然而，CFRP在服役过程中易受到冲击载荷作用，导致内部损伤形成，而有限元方法是预估CFRP层合板冲击行为的有效手段。本研究基于ABAQUS有限元软件，模拟了三种尺寸钝头在两种冲击速度下对CFRP层合板的冲击力学响应，对比分析了不同工况下的冲击响应特性、损伤耗散能及损伤的形成与扩展规律，并探讨了冲头尺寸效应与冲击速度交互作用机制。结果表明：损伤耗散能随速度与冲头尺寸增大而增加，且速度对损伤程度的放大效应显著；耗散能突增与载荷突降同步出现，表明损伤进入快速演化阶段；层间分层呈远离冲头的不对称分布是由于弯曲诱导的面外拉伸与层间剪切协同作用所导致；冲击速度通过动能注入主导损伤严重性，而冲头尺寸通过接触应力分布控制损伤范围。基于此，CFRP抗冲击设计需重点关注高速工况下面内拉伸损伤的扩展。 |
| 英文摘要: |
| Carbon fiber reinforced polymer（CFRP） composite materials have the characteristics of high specific strength, high specific modulus, low density, and corrosion resistance, having significant advantages compared to the traditional metals. However, it is susceptible to varying degrees of impact during the service, resulting in internal damage. Estimating the impact behavior of CFRP laminates using finite element method is a commonly used and effective approach. This article simulates the impact mechanical behavior of three sizes of blunt heads on CFRP laminates under two different impact velocities using ABAQUS finite element method. The impact response, damage dissipation energy, and the formation and propagation of impact damage under different conditions are compared, and the mechanism of the interaction between punch size effect and impact velocity is analyzed. The results indicate that the dissipated energy of impact damage increases with the increase of velocity and punch size, and the amplification effect of velocity on the degree of damage is significant; The synchronous increase in dissipated energy and sudden decrease in load indicate the evolution of damage. The interlayer layering is asymmetrically distributed away from the punch due to the synergistic effect of out of plane stretching induced by bending and interlayer shear. The speed injects kinetic energy to dominate the damage severity, while the size controls the damage extent through the contact stress. The impact resistant design should focus on suppressing the expansion of internal tensile damage at high speeds. |
|
查看全文
查看/发表评论 下载PDF阅读器 |
| 关闭 |
|
|
|
