復合材料層合板沖擊損傷影響因素分析

根據上述復合材料層合板的沖擊損傷分析方法，在ANSYS軟件基礎上筆者等開發了參數化的復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，該程序可以預測任意鋪層角度、鋪層厚度層合板受沖擊時，不同時刻的失效模式和破壞規律，程序流程圖參見文獻。

2  算例分析

層合板的名義尺寸為100mm × 45mm × 2.5mm，鋪層順序為(45°／-45°／90°／0°／-45°／0°／45°／0°／90°／0°)s．受沖擊處是層合板中心40mm × 40mm的正方形區域，沖擊能量選擇5.9J。

2.1　不同材料沖頭對層合板沖擊損傷的影響

層合板為T300／BMP-316復合材料，其單層板的性能參數見表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(為節省篇幅，表中只給出損傷有一定區別的鋪層)。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層都沒有出現纖維斷裂，而受鋼沖頭沖擊后，上述兩層都有纖維斷裂產生。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重。
　　圖1所示為受鋼和鋁兩種不同材料的沖頭沖擊后，復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，鋪層中所產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。