根據(jù)上述復(fù)合材料層合板的沖擊損傷分析方法,在ANSYS軟件基礎(chǔ)上筆者等開發(fā)了參數(shù)化的復(fù)合材料層合板在沖擊載荷作用下的逐漸損傷破壞模擬程序,該程序可以預(yù)測(cè)任意鋪層角度、鋪層厚度層合板受沖擊時(shí),不同時(shí)刻的失效模式和破壞規(guī)律,程序流程圖參見文獻(xiàn)。
2 算例分析
層合板的名義尺寸為100mm × 45mm × 2.5mm,鋪層順序?yàn)?45°/-45°/90°/0°/-45°/0°/45°/0°/90°/0°)s.受沖擊處是層合板中心40mm × 40mm的正方形區(qū)域,沖擊能量選擇5.9J。
2.1 不同材料沖頭對(duì)層合板沖擊損傷的影響
層合板為T300/BMP-316復(fù)合材料,其單層板的性能參數(shù)見表2。選擇鋼制和鋁制兩種沖頭,鋼的材料性能如下:彈性模量E=210GPa、泊松比v=0.25;鋁的材料性能如下:彈性模量E=69GPa、泊松比v=0.34。
2.1.1 沖擊損傷分析
受鋼和鋁兩種不同材料的沖頭沖擊后,層合板各層的損傷比較如表3所示(為節(jié)省篇幅,表中只給出損傷有一定區(qū)別的鋪層)。從表3中可以看出,與鋁沖頭相比,受鋼沖頭沖擊后,層合板各鋪層的損傷模式略有區(qū)別。比如受鋁沖頭沖擊后,層合板的第5層和第17層都沒有出現(xiàn)纖維斷裂,而受鋼沖頭沖擊后,上述兩層都有纖維斷裂產(chǎn)生。說明就各鋪層損傷模式而言,在同樣沖擊能量條件下,沖擊物越硬,層合板的沖擊損傷程度越嚴(yán)重。
圖1所示為受鋼和鋁兩種不同材料的沖頭沖擊后,復(fù)合材料層合板各層沖擊損傷面積曲線。從圖1可以看出,總體來講,離沖擊表面越遠(yuǎn),鋪層中所產(chǎn)生的沖擊損傷面積越大。與鋁沖頭相比,受鋼沖頭沖擊后,層合板幾乎每一層的損傷面積都略大些。說明就各鋪層損傷面積而言,在同樣沖擊能量條件下,沖擊物越硬,損傷面積越大。