横向冲击下间隔针织复合材料结构的动态响应及ABAQUS的数值模拟

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三维间隔针织纺织增强结构是一种通过纱线将两个独立的针织结构表面层连接在一起,在两个表面之间形成一个间隔纱层而形成的一种三维立体纺织结构,具有完整而连续的、在空间多轴向面内及面外纤维取向,尤其是厚度方向的增强,从根本上克服了层合板的严重分层现象,在船舶,汽车等领域正受到越来越广泛的应用。在冲击载荷作用下,且受力物体加载方向的尺寸又足够大时,应力波效应开始在材料的应力传递分布中凸现,但针对三维间隔针织结构的动态冲击响应研究不多,特别是利用Hopkinson冲击杆来研究三维间隔针织结构复合材料的动态响应的文献还没有,因此,本文将利用Hopkinson冲击杆来研究对三维间隔针织结构复合材料的动态响应进行研究,填补这一空白。本文应用Hopkinson冲击杆装置测试三维间隔针织增强复合材料的动态冲击响应,研究表明:随着冲击速度的提高(25m/s,35m/s,45m/s),材料的最大载荷显著提高,同时,材料吸收的能量也与速度成正比关系,而且破坏载荷和吸收的能量都同纤维含量有很大关系,纤维含量越大,最大载荷与吸收的能量越大;在冲击载荷下,材料的结构响应基本失效,纤维、基体以及纤维基体界面的应力无法保持平衡,材料表现为局部破坏模式,包括基体开裂,纤维抽拔和基体纤维界面破坏等,破坏主要集中在与冲击杆接触的周边局部区域,接触正面表现为压缩破坏,接触背面为拉伸破坏。同时,本文利用ABAQUS有限元模拟软件模拟验证Hopkinson冲击实验。通过编写ABAQUS用户子程序来定义材料单胞的结构属性,同时控制判断材料单胞的破坏,避开使用繁琐的细观结构。通过实验和模拟的对比,一定程度上证明了实验的正确性,但仍然存在一些问题,需要改进。造成偏差的主要是因实验中应力波的散射,材料的不均匀性,材料单胞模型的近似性以及材料参数的局限性等所导致。
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