项目名称: 三维中空夹芯复合材料低速冲击性能及损伤机理研究

项目编号: No.51302110

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2014

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 曹海建

作者单位: 南通大学

项目金额: 25万元

中文摘要: 三维中空夹芯复合材料对低速冲击载荷比较敏感,极易出现可视或不可视损伤,使得材料力学性能大幅下降,严重影响材料的使用。本课题主要内容:①研究材料的低速冲击响应,分析冲击能量、芯材与面板结构、纤维与基体界面特性对材料低速冲击性能的影响,观察材料发生冲击损伤的宏观和细观破坏形态,探讨损伤尺寸与冲击能量之间的关系;②利用有限元软件ANSYS,建立材料细观结构模型,模拟材料低速冲击过程,通过分析应力在材料结构中的分布、材料损伤的初始与扩展、纤维与基体界面裂纹的扩展,以及材料结构破坏的关键区域,揭示材料在低速冲击载荷下的损伤机理;③借助细观结构模型,计算材料在低速冲击载荷下的力学响应,研究纤维和基体平均应力随时间变化规律,分析结构参数对材料低速冲击性能的影响。 本课题研究为三维中空夹芯复合材料抗冲击结构设计提供了一种有效方法,并为下一步研究材料低速冲击损伤容限奠定了基础,具有重要的理论价值和现实意义。

中文关键词: 三维中空夹芯复合材料;低速冲击;损伤机理;细观结构模型;有限元ANSYS

英文摘要: Three-dimension hollow sandwich composites (3D composites) are more sensitive to low-velocity impact loads, and easily appears visual and invisual damage, which would result in great decrease in mechanical properties of the composites, and seriously affect the composites' application. Low-velocity impact response of the 3-D composites were studied in the research project, and influence of impact energy, pile and face-sheet structures, and interface characters of fibers and resin matrix on low-velocity impact properties was analyzed, and macroscopic and microscopic damage appearance of the 3-D composites was observed, and relationship between damage size and impact energe was discussed too.Meso-structure model of the 3-D composites was built based on scale between fibers and matrix by using finite element software ANSYS. Low-velocity impact process was simulated, and low-velocity impact damage mechanism was revealed through analyzing stress distribution in the composite structures, initial and expanding impact damage, expanding interface flaw, and critical areas of the 3-D composites appearing structure damage.Based on meso-structure model, dynamic mechanical response of the 3-D composites under low-velocity impact loads was calculated, and variation of stress with time on fibers and matrix was studied, and influ

英文关键词: three-dimension hollow sandwich composite;low-velocity impact;damage mechanism;meso-structure model;finit element ANSYS

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