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第47卷第1期2018年2月船海工程SHIP &OCEAN ENGINEERINGVol.47 No.1Feb.2018DOI：10.3963/j. iss n. 1671-7953.2018.01.012复合材料波纹夹层结构低速冲击后的剩余弯曲承载能力\谢1，刘 2(1.中国舰船研究设计中心，武汉430064;2.华中科技大学船舶与海洋工程学院，武汉430074)摘要:制备上下面板为碳纤维增强树脂基层合板、芯层为铝合金压制波纹的杂交复合结构，对其开展低 速冲击性能试验及冲击后的剩余载能力试验。
结果表明，低对复合纹结构造成的损会对其剩余载能力大的，但的增大，剩余载能力却变化极小，而位置对结构的剩余承载能力非常明显。
关键词:复合；波纹结构;冲击载荷;弯曲承载能力中图分类号：U668.1 文献标志码：A 文章编号：1671-7953(2018)01-0051-04复合 结构比强度高、比大，其面芯 ，可以根据功能需要自由组合，用 [1]。
合 结构在遭受低 t 载荷作用时，内部易于 ，从而造成结构力学性能的退化，剩余载能力降低，一直受到国内外 的关注[2-]。
对于复合 丧结构在低 后的压 拉伸性能研及[6-]，而针对 后剩余 载能力的及。
但对于船舶与海洋工程结构来说，其剩余弯曲强度则是最为关心的主要因素。
为，通过制备碳纤维复合材料面板和铝质波纹芯材的结构，低 实验，探以及 部位对其 余 载 力的 。
1试样制备试 由碳纤 面 铝 合金 纹芯成，见图1。
a)波纹夹层结构b)单胞尺寸图1梯形波纹的形状和制备的波纹夹层结构试件铝合金波纹板2A12-T4尺寸为300 m m X 96 m m x0.5 m m，力学性能参数见表1。
复合材料层收稿日期:2017-11 -21修回日期:2017-12-18基金项目：国家自然科学基金资助项目（51579110)第一作者:骆（1979—），男，，高工程师研究方向:船体结构设计，复合合板的原料为单向碳纤维预浸料（T700/3234)，力学性能见表2。
整体中空夹层复合材料抗低速冲击性能的实验研究周红涛【摘要】文章采用落锤冲击试验机对整体中空夹层复合材料进行了低速冲击试验.探讨了芯材高度对整体中空夹层复合材料的低速冲击特性如最大冲击载荷、冲击点最大位移和材料损伤时能量吸收等的影响.结果表明:随着芯材高度的增加,整体中空夹层复合材料的最大冲击载荷和冲击损伤阈值降低,而到达最大载荷的时间有所延迟.【期刊名称】《山东纺织科技》【年(卷),期】2011(052)003【总页数】4页(P51-54)【关键词】芯材高度;低速冲击;冲击响应;整体中空夹层复合材料【作者】周红涛【作者单位】盐城纺织职业技术学院,江苏盐城224005【正文语种】中文【中图分类】TS181.92+31 前言整体中空夹层复合材料，其增强体是一种由纤维连续织造呈空芯结构的整体中空织物，层与层之间由连续纤维芯柱相接而成，可以单独增强制成空芯连体结构轻质复合材料，见图1；也可以在空芯结构中填充某种功能轻体介质，制成结构/功能一体化的夹层结构复合材料。
这种结构的复合材料有以下三大优点[1]：(1)面板和芯层一次成型，织造效率高；(2)克服了传统的夹层材料如蜂窝、泡沫夹层复合材料易分层、不耐冲击的弱点；(3)夹芯层空间可以为设置预埋件、监视探头、光纤、导线等提供空间，使其在交通、航海、建筑、航空以及管道等领域的应用前景广阔。
但是由于该材料的上下面板薄[2、3]，其抵抗低速冲击的能力比较弱，在很大程度上限制了其在各个领域中的应用。
因此，研究该材料的抗低速冲击性能具有重要的意义。
图1 整体中空夹层复合材料本文利用自制落锤冲击装置，对整体中空夹层复合材料进行了低速冲击试验，研究该材料受外物冲击的动力学响应，估算和测量冲击载荷变化过程和结构整体响应，从该材料的抗冲击性能与芯材高度关系入手，对比分析不同芯材高度的冲击性能。
利用加速度传感器记录了落锤冲击板过程中加速度随时间的变化曲线，通过数学处理得到了冲击载荷、冲击点位移和冲击过程中能量吸收随时间的变化曲线。
复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩复合材料蜂窝夹芯板是一种常用于航空航天、汽车、船舶等领域的结构材料，其具有低密度、高刚度和良好的吸能性能等优点。
然而，当复合材料蜂窝夹芯板遭受低速冲击时，其压缩性能成为了关键问题。
本文将探讨复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩情况，并分析其原因和可能的改进方法。
复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩是由冲击载荷引起的。
当外界冲击载荷作用于蜂窝夹芯板时，其表面受到压力，导致材料内部发生压缩变形。
这种压缩变形会导致蜂窝夹芯板整体性能下降，甚至破坏。
影响复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后压缩性能的因素有很多。
首先是冲击载荷的大小和冲击速度。
冲击载荷越大，冲击速度越高，蜂窝夹芯板受到的压力越大，其压缩变形也会增加。
其次是蜂窝夹芯板的材料性质和结构设计。
材料的强度和刚度会直接影响其抵抗冲击载荷的能力，而结构设计的合理性则可以减小冲击载荷对蜂窝夹芯板的影响。
此外，温度、湿度等环境因素也会对复合材料蜂窝夹芯板的压缩性能产生影响。
为了改善复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩性能，可以从以下几个方面进行优化。
首先是材料的选择。
选择具有较高强度和刚度的复合材料，可以增加蜂窝夹芯板的抗压能力。
其次是结构设计的优化。
通过调整蜂窝夹芯板的厚度、蜂窝尺寸和面板材料等参数，可以提高其整体抗压能力。
此外，还可以采用增加辅助结构、预应力等手段来提高蜂窝夹芯板的抗压性能。
复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩是一个复杂而重要的问题。
通过合理选择材料、优化结构设计和控制环境因素等措施，可以改善蜂窝夹芯板的压缩性能。
这将有助于提高复合材料蜂窝夹芯板在航空航天、汽车、船舶等领域的应用范围，并提升其安全性和可靠性。
复合材料结构损伤容限设计的两个关键参数＊冯振宇，郝 鹏，邹田春（中国民航大学航空工程学院，天津３００３００）摘要 综合分析研究了复合材料飞机结构损伤设计和合格审定中的两个关键参数（损伤尺寸参数和冲击能量截止值）。
研究结果表明，当复合材料结构损伤阻抗较低时，可按损伤尺寸（采用冲击凹陷深度表征）确定损伤结构的剩余强度；当复合材料结构损伤阻抗较高时，可按冲击能量截止值确定损伤结构的剩余强度。
为民用飞机复合材料结构设计和合格审定提供了参考。
关键词 飞机结构 复合材料 损伤容限 设计参数Ｔｗｏ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄａｍａｇｅ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ＤｅｓｉｇｎＦＥＮＧ Ｚｈｅｎｙｕ，ＨＡＯ Ｐｅｎｇ，ＺＯＵ Ｔｉａｎｃｈｕｎ（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３００）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｗｏ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ（ｄａｍａｇｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｃｕｔ－ｏｆｆ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｉｍｐａｃｔ ｅｎｅｒｇｙ）ｉｎ ａｉｒｃｒａｆｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄａｍａｇｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｉｒｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｒｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔｗｈｅｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄａｍａｇｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｓ ｌｏｗｅｒ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｄａｍａｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄａｍ－ａｇｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ（ｕｓｉｎｇ ｉｍｐａｃｔ ｄｅｎｔ ｄｅｐｔｈ ｔｏ ｉｎｄｉｃａｔｅ），ａｎｄ ｗｈｅｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄａｍａｇｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ，ｄｅｔｅｒ－ｍｉｎｉｎｇ ｄａｍａｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｕｔ－ｏｆｆ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｉｍｐａｃｔ ｅｎｅｒｇｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｇｏｏｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ａｉｒｃｒａｆｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，ｄａｍａｇｅ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ，ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ＊中国民航局科技项目（ＭＨＲＤＺ２０１０１０） 冯振宇：男，１９６６年生，博士生，主要研究方向为复合材料结构损伤容限设计 复合材料结构对冲击损伤是极为敏感的，严重的冲击损伤可明显降低复合材料结构静强度。
复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩1. 引言近年来，随着航空航天、汽车、轻量化结构工程等众多行业的发展，复合材料蜂窝夹芯板逐渐成为了研究的热点。
其具有优异的力学性能、轻量化、防腐蚀等特点，使其被广泛应用于航天航空、船舶制造、公路桥梁、工业设备和建筑·装修等多个领域。
然而，在实际工程应用中，复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击性能却常常成为最为关键的问题之一。
2. 复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击低速冲击是指在低速下发生的非常规冲击，可以造成轻微的甚至是严重的地面坑洞或者材料损坏，在锥角冲击试验、石头落下试验和飞行行李舱测试等场合经常出现。
对于复合材料蜂窝夹芯板来说，低速冲击会对其造成损伤并降低其力学性能，严重时甚至导致其失效。
3. 低速冲击后的压缩行为由于复合材料蜂窝夹芯板具有复杂的结构，低速冲击后的破坏方式也呈现出多样性。
研究表明，低速冲击主要会导致蜂窝芯材的压缩、覆盖层的剥离、缩孔和拉伸等破坏。
其中，蜂窝芯材的压缩破坏是最为普遍的一种形式，同时也是最容易得到量化分析的。
4. 压缩性能测试方法为了研究复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩行为，通常需要使用压缩性能测试方法进行实验。
其中，模量测试和压缩强度测试是最常用的方法。
模量测试主要是检测材料在受力下的刚度和弹性模量等参数，可以在低速冲击的过程中监测其力学性能的变化。
而压缩强度测试则是检测材料在受压下的破坏强度，能够直接反映材料的抗冲击性能。
5. 影响压缩性能的因素复合材料蜂窝夹芯板在低速冲击下的压缩性能受多个因素的影响。
首先是空心率，空心率越低，蜂窝芯材的结构越紧密，其强度和刚度也会越高，因此能够提高材料的抗低速冲击性能。
其次是材料的成分，随着纤维增强材料含量的增加，材料的强度和刚度也会提高，因此能够提高其抗冲击性能。
此外，制备工艺的不同也会对复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩性能产生影响。
6. 结论综上所述，在复合材料蜂窝夹芯板低速冲击后的压缩行为研究中，压缩性能测试方法是最为常用的方法。
复合材料层合板低速冲击后压缩破坏的数值模拟贾建东;丁运亮;胡伯仁【期刊名称】《机械科学与技术》【年(卷),期】2010(029)010【摘要】采用软化夹杂法来模拟低速冲击后层合板的压缩破坏.笔者用ABAQUS 软件建立冲击损伤的有限元模型,模型将损伤区等效成一个圆形的软化夹杂,研究了不同的损伤深度对冲击后剩余压缩强度的影响;分析了层合板在压缩过程中,各单层的载荷分配情况;并且模拟了复合材料层合板从损伤开始到完全失去承载能力的压缩破坏全过程.计算结果表明:复合材料层合板冲击后的压缩破坏,损伤最早发生在冲击损伤区周围的±45°铺层,主要发生基体压缩损伤;在压缩载荷下,0°铺层主要的损伤形式是纤维的屈曲;90°铺层发生的主要损伤形式也是基体压缩损伤,但损伤的面积较小.【总页数】5页(P1320-1324)【作者】贾建东;丁运亮;胡伯仁【作者单位】南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016;成都飞机工业(集团)公司技术中心,成都,610092;南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016;成都飞机工业(集团)公司技术中心,成都,610092【正文语种】中文【中图分类】V214.8【相关文献】1.复合材料层合板低速冲击后剩余压缩强度研究 [J], 姚振华;李亚智;刘向东;李彪;李玺2.低速冲击后复合材料层合板的压缩破坏行为 [J], 程小全;寇长河;郦正能3.SACMA和QMW试验方法对复合材料层合板低速冲击后压缩行为的影响 [J], 程小全;张子龙;益小苏;吴学仁4.复合材料层合板低速冲击后压缩损伤特征研究 [J], 范金娟;赵旭;程小全5.复合材料层合板低速冲击后压缩的损伤累积模型 [J], 程小全;郦正能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
复合材料层合板低速冲击损伤容限的改进方法和影响因素
复合材料层合板低速冲击损伤容限的改进方法和影响因素
依据笔者在这方面的研究和前人的工作,以及现有各种改进炭纤维增强树脂基复合材料冲击性能的方法,分析和总结了复合材料层合结构冲击损伤以及损伤容限,其中主要是冲击后压缩强度的重要影响因素,并且讨论了这些因素的作用.
作者：程小全吴学仁作者单位：程小全(北京航空航天大学飞机设计研究所,北京,100083;北京航空材料研究院,北京,100095) 吴学仁(北京航空材料研究院,北京,100095)
刊名：高分子材料科学与工程ISTIC EI PKU英文刊名：POLYMER MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING 年，卷(期)：2002 18(3) 分类号：O631.2+1 关键词：层间断裂韧性抗冲击性能低速冲击冲击后压缩强度损伤容限。
(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201510230293.7(22)申请日 2015.05.07G06F 17/50(2006.01)(71)申请人哈尔滨飞机工业集团有限责任公司地址150066 黑龙江省哈尔滨市哈尔滨平房区友协大街15号(72)发明人韩刘 温永海 云庆文 齐德胜张震 徐忠岩 朱洪艳 李世峰南力强 张野 印明勋(74)专利代理机构中国航空专利中心 11008代理人杜永保(54)发明名称一种复合材料冲击损伤后剩余压缩强度的分析方法(57)摘要本发明属于复合材料结构损伤容限设计领域，具体涉及一种复合材料冲击损伤后剩余压缩强度的分析方法，是用来确定复合材料冲击损伤后剩余压缩强度的一种分析方法。
本发明包括3个步骤，第一步根据复合材料的失效特点选择Hanshin 失效准则作为层合板低速冲击的损伤失效准则；第二步采用大型动态有限元程序DYTRAN，引入Hanshin 失效准则，计算层合板低速冲击下的损伤面积；第三步根据第二步确定的损伤面积，对低速冲击后的损伤区域进行刚度衰减，采用整体-局部模型分析方法计算低速冲击后层合板的剩余压缩强度。
本发明提出一种全新的分析方法，有效预测复合材料典型构件冲击损伤后的剩余强度，为飞机复合材料结构的设计、分析及验证提供了依据。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书3页 附图2页CN 106202598 A 2016.12.07C N 106202598A1.一种复合材料冲击损伤后剩余压缩强度的分析方法；其特征包括3个步骤：步骤1确定层合板低速冲击的损伤失效准则根据复合材料的失效特点，综合考虑纤维和基体的拉伸/压缩失效及剪切失效，选择Hanshin失效准则作为层合板低速冲击的损伤失效准则，具体过程如下：采用Hanshin失效准则作为层合板低速冲击的损伤失效准则，Hanshin失效准则定义5个失效系数：纤维拉伸失效系数DET 、纤维压缩失效系数DEC、基体拉伸失效系数DEM、基体压缩失效系数DED 、剪切失效系数为DES，能综合考虑纤维和基体的拉伸/压缩失效，并且还单独考虑了剪切的损伤；若失效系数大于1，则表明材料出现了损伤；纤维拉伸失效：纤维压缩失效：基体拉伸失效：基体压缩失效：剪切失效：步骤2计算层合板低速冲击下的损伤面积采用大型动态有限元程序DYTRAN，根据步骤1确定选用的Hanshin失效准则，建立尺寸为150mm*100mm的层合板有限元模型及直径为12.7mm的冲击物有限元模型，层合板受到的冲击能量为4.45J/mm，冲击物的冲击速度为4.15m/s，冲击物与层合板之间设置为自适应主从接触，计算层合板在受到该冲击能量(4.45J/mm)时的损伤区域直达宽度及与受力方向垂直的有效损伤直径，进而计算损伤面积；步骤3计算低速冲击后层合板的剩余压缩强度对低速冲击损伤的区域进行刚度衰减，模量保持率为15％，根据步骤2确定的损伤面积，对低速冲击后的损伤区域进行刚度衰减，采用整体-局部模型分析方法计算低速冲击后层合板的剩余压缩强度，具体过程如下：根据步骤2确定的损伤面积，对低速冲击后的损伤区域进行刚度衰减，损伤区的刚度衰减法用式(1)、式(2)和式(3)表示：E11-d ＝Mr E11(1)E22-d ＝Mr E22(2)G12-d ＝Mr G12(3)式中：E 11、E22和G12——分别为无损伤层合板的纵向模量、横向模量及剪切模量；E11-d 、E22-d和G12-d——分别为层合板损伤衰减后的纵向模量、横向模量及剪切模量；Mr——模量保持率，取Mr的值为0.15；首先，建立含损伤区域的层合板的整体有限元模型，层合板的完好区域采用无损伤层合板的纵向模量E11、横向模量E22及剪切模量G12，层合板的损伤区域采用衰减后的纵向模量E11-d 、横向模量E22-d及剪切模量G12-d，对含损伤区域的层合板整体模型进行总体应力分析；其次，对损伤区域进行局部网格细化，建立局部有限元模型，以总体应力分析得到的位移矢量结果作为局部有限元模型的边界条件，进行冲击后压缩分析计算；根据计算结果获得低速冲击后层合板的剩余压缩强度；根据上述步骤1、步骤2和步骤3的方法对完成复合材料冲击损伤后的剩余强度进行计算。
